煤礦開采保護層效果考察

1、煤礦開采保護層效果考察摘要：興安煤礦采取了開采保護層區(qū)域防突措施，通過對開采保護層工作面三水平北21層三區(qū)四段的開采前后，三水平北18層三區(qū)五段、四水平北22層二三區(qū)一段煤層瓦斯基本參數(shù)的變化對比，論證了21號煤層對18號煤層和22號煤層的保護效果。關(guān)鍵詞：保護層 參數(shù)指標 效果考察一、概況1、礦井概況興安礦位于鶴崗煤田南部，在小鶴立河下游河床、河谷及東岸的丘陵地帶。距鶴崗市區(qū)約12公里，北部與富力礦交界；南部以峻德礦交界；西部以煤質(zhì)地層基盤為界，東部以3號煤層-700m底板等高線在地表水平投影為界，興安井田走向長4.6公里，傾斜寬4.6公里，面積21平方公里。由于開拓和生產(chǎn)水平加深，瓦斯涌出

2、量隨之增大，地質(zhì)構(gòu)造越來越復雜，從2002年7月至2004年11月共發(fā)生五起煤與瓦斯動力現(xiàn)象，興安煤礦2005年3月10日經(jīng)煤科總院撫順分院鑒定為煤與瓦斯突出礦井， 17、18和22煤層為突出煤層，在-290m標高以下的采掘作業(yè)活動中必須采取區(qū)域和局部綜合防突措施。2、采區(qū)概況本工作面走向270米，傾斜長平均69米，總煤厚為6.5米左右，于2014年10月20日開采一分層，采高2.8米，可采儲量7.3萬噸，現(xiàn)已采出165米，剩余走向105米。本層距上覆18層層間距在25米左右，距下伏22層煤層間距在20米左右。本區(qū)上覆18層未采完，下伏22層未開采。二、煤層瓦斯參數(shù)及突出危險性興安煤礦18#煤

3、層、22 #煤層為煤與瓦斯突出煤層。18#突出煤層始突標高為290，2002年7月 22日4時10分，興安礦在施工三水平南四五層一區(qū)探斷層巷，發(fā)生突出。涌出瓦斯量600m3,突出煤量35t，經(jīng)煤炭科學研究總院撫順分院瓦斯實驗室鑒定，18號煤層原始瓦斯壓力P=0.84Mpa，原始瓦斯含量W=8.2040 m3/t, 透氣性系數(shù)=1.056m2/MPa2.d，瓦斯放散初速度P=18.47mmHg，煤的堅固性系數(shù)f=0.82，相關(guān)參數(shù)指標超過臨界值，具有突出危險性，因此，興安礦18煤層在采掘作業(yè)過程中必須采取綜合防突措施。22 #突出煤層始突標高為384，2002年11月25日9時50分，在興安礦四

4、水平一分段-385m標高機道石門發(fā)生突出，涌出瓦斯量1835m3，突出煤和巖石15t， 經(jīng)煤炭科學研究總院撫順分院瓦斯實驗室鑒定，22號煤層原始瓦斯壓力P=2.18Mpa，原始瓦斯含量W=8.452 m3/t, 透氣性系數(shù)=0.131m2/MPa2.d，瓦斯放散初速度P=4.68mmHg，煤的堅固性系數(shù)f=0.61，相關(guān)參數(shù)指標超過臨界值，具有突出危險性，因此，興安礦22煤層在采掘作業(yè)過程中必須采取綜合防突措施。三、保護層開采設計21煤層平均煤層厚度為6.5m，本層距下覆煤層22層其層間距南薄北厚，在20米左右，屬于近距離上保護層開采類型，上伏18#煤層，其層間距南薄北厚，在25米左右，屬于近

5、距離下保護層開采類型。 1、保護層工作面位置、范圍本區(qū)位于三水平北21層三區(qū)四段，本工作面走向270米，傾斜長平均69米，總煤厚為6.5米左右，于2014年10月20日開采一分層，采高2.8米，可采儲量7.3萬噸，現(xiàn)已回采結(jié)束。2、21層通風系統(tǒng)：（1）、采區(qū)及工作面入、回風系統(tǒng)。入、回風系統(tǒng)：三水平北一石門三水平北21層三區(qū)四段機道工作面三水平北21層三區(qū)四段軌道一部分由軌道回風石門三水平北六層一區(qū)軌道上山二水平總排中七D1、3號井地面；另一部分由三水平北21層一區(qū)四段尾巷三水平北六層四區(qū)軌道上山三水平北七D南、北井。（2）、專用回風巷情況（1）三水平北21層三區(qū)四段尾巷；（2）三水平北21

6、層三區(qū)四段尾巷回風石門；（3）三水平北六層四區(qū)上山；（3）、主要入、回風巷道情狀況各部分巷道無失修，且巷道斷面均達到通風要求，可以保證正常入回風。四、21工作面開采對18工作面保護效果分析21煤層在本區(qū)平均厚度6.5m，與18煤層層間距平均為25m左右，屬于近距離下保護層開采類型。該煤層在本區(qū)賦存較穩(wěn)定，21與18煤層層間巖層以細砂巖為主，21煤層作為18煤層的下保護層先期開采后，必然對上部18煤層的瓦斯、地應力起到一定程度的卸壓作用，進而使煤層的突出危險性得以減弱乃至消除。1、下保護層保護作用的理論分析保護層的保護作用隨層間距的增大而減小，達到某一臨界距離時，保護作用消失。確定上保護層的最大

7、保護垂距、有效保護范圍和保護煤量，可以采用如下方法確定。(1) 根據(jù)防治煤與瓦斯突出規(guī)定，緩傾斜和傾斜上保護層開采的有效垂距為小于50m。表1 保護層與被保護層之間的最大保護垂距煤層類別最大保護垂距m上保護層下保護層急傾斜煤層<60<80緩傾斜和傾斜煤層<50<10021煤層距上覆煤層18層其層間距南薄北厚，在25米左右符合防治煤與瓦斯突出規(guī)定所規(guī)定。(2) 有效保護范圍和保護煤量的計算保護層：三水平北21層三區(qū)四段，采區(qū)要素：260×67=17420被保護層：三水平北18層三區(qū)五段，采區(qū)要素：255×75=1912521層作為18層煤的下保護層，傾

8、角10°，平均層間距25米，根據(jù)防突規(guī)定計算保護范圍：傾斜方向卸壓角1、2定為77°、83°，傾斜方向保護范圍：6725/tan77°25/tan83°=60.2m；走向方向卸壓角5定為60°，走向方向保護范圍：2602×25/tan60°=231m；保護層有效保護范圍：231×60.2=13906 保護煤量：231×60.2×4.5×1.4=87609t?，F(xiàn)三水平北21層三區(qū)四段已經(jīng)全部開采完，已將三水平北18層三區(qū)五段煤層解放。五、21工作面開采對22工作面保護效果分析2

9、1煤層在本區(qū)平均厚度6.5m，與22煤層層間距平均為20m左右，屬于近距離上保護層開采類型。該煤層在本區(qū)賦存較穩(wěn)定，21與22煤層層間巖層以細砂巖為主，21煤層作為22煤層的上保護層先期開采后，必然對下部22煤層的瓦斯、地應力起到一定程度的卸壓作用，進而使煤層的突出危險性得以減弱乃至消除。1、上保護層保護作用的理論分析保護層的保護作用隨層間距的增大而減小，達到某一臨界距離時，保護作用消失。確定上保護層的最大保護垂距、有效保護范圍和保護煤量，可以采用如下方法確定。(1) 根據(jù)防治煤與瓦斯突出規(guī)定，緩傾斜和傾斜上保護層開采的有效垂距為小于50m。表1 保護層與被保護層之間的最大保護垂距煤層類別最大

10、保護垂距m上保護層下保護層急傾斜煤層<60<80緩傾斜和傾斜煤層<50<10021煤層距下覆煤層22層其層間距南薄北厚，在25米左右符合防治煤與瓦斯突出規(guī)定所規(guī)定。(2) 有效保護范圍和保護煤量的計算保護層：三水平北21層三區(qū)四段，采區(qū)要素：260×67=17420被保護層：四水平北22層二三區(qū)一段，采區(qū)要素：350×125=4375021層作為22層煤的上保護層，傾角10°，平均層間距20米，根據(jù)防突規(guī)定計算保護范圍：傾斜方向卸壓角3、4定為75°，傾斜方向保護范圍：672×20/tan75°=58.28m；

11、走向方向卸壓角5定為60°，走向方向保護范圍：2602×20/tan60°=227m；保護層有效保護范圍：227×58.28=13230 保護煤量：227×58.28×4.5×1.4=83349t?，F(xiàn)三水平北21層三區(qū)四段已經(jīng)全部開采完，已將三水平北層三區(qū)四段煤層解放。2、21煤層保護層開采的保護效果分析 通過21煤層開采后對18、22煤層的各項參數(shù)包括煤層瓦斯壓力，煤層瓦斯含量, 透氣性系數(shù)，瓦斯放散初速度，煤的堅固性系數(shù)等的觀測，在上保護層首采的21工作面開采前后，22工作面突出煤層的煤層瓦斯壓力，煤層瓦斯含量等參數(shù)發(fā)生

12、了明顯的變化。表2 21煤層開采前后18煤層的各參數(shù)對比參數(shù)類型保護層開采前保護層開采后煤層瓦斯壓力 P （Mpa）0.840.2煤層瓦斯含量W （m3/t）8.20403.8323表3 21煤層開采前后22煤層的各參數(shù)對比參數(shù)類型保護層開采前保護層開采后煤層瓦斯壓力 P （Mpa）0.570.15煤層瓦斯含量W （m3/t）6.92583.2258在現(xiàn)場測定了該區(qū)煤層鉆屑解吸指標240、最大鉆屑量1.8。預測指標均小于臨界值，符合規(guī)定。各參數(shù)的變化具有一定的內(nèi)在聯(lián)系，從不同的角度反映了21煤層的開采對18、22煤層的保護作用。五、經(jīng)驗與總結(jié)1、首先選擇非突出煤層為保護層進行開采，然后開采被保護的突出煤層，其安全和經(jīng)濟效益都極為顯著。2、從以上分析可以看出，21煤層開采后，18煤層瓦斯壓力急劇下降到了0.2MPa，低于防治煤與瓦斯突出規(guī)定規(guī)定的0.74MPa；煤層瓦斯含量下降到了3.8323m3/t，低于防治煤與瓦斯突出規(guī)定規(guī)定的8m3/t；22煤層瓦斯壓力急劇下降到了0.15MPa，低于防