煤礦開采保護(hù)層效果考察

1、煤礦開采保護(hù)層效果考察摘要：興安煤礦采取了開采保護(hù)層區(qū)域防突措施，通過對(duì)開采保護(hù)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(duì)比，論證了21號(hào)煤層對(duì)18號(hào)煤層和22號(hào)煤層的保護(hù)效果。關(guān)鍵詞：保護(hù)層 參數(shù)指標(biāo) 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(hào)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(fù)雜，從2002年7月至2004年11月共發(fā)生五起煤與瓦斯動(dòng)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(biāo)高以下的采掘作業(yè)活動(dòng)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(chǔ)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(xiǎn)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(biāo)高為290，2002年7月 22日4時(shí)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(xué)研究總院撫順分院瓦斯實(shí)驗(yàn)室鑒定，18號(hào)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(jiān)固性系數(shù)f=0.82，相關(guān)參數(shù)指標(biāo)超過臨界值，具有突出危險(xiǎn)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(biāo)高為384，2002年11月25日9時(shí)50分，在興安礦四

4、水平一分段-385m標(biāo)高機(jī)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(xué)研究總院撫順分院瓦斯實(shí)驗(yàn)室鑒定，22號(hào)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(jiān)固性系數(shù)f=0.61，相關(guān)參數(shù)指標(biāo)超過臨界值，具有突出危險(xiǎn)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(hù)層開采設(shè)計(jì)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(hù)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(hù)層開采類型。 1、保護(hù)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(chǔ)量7.3萬噸，現(xiàn)已回采結(jié)束。2、21層通風(fēng)系統(tǒng)：（1）、采區(qū)及工作面入、回風(fēng)系統(tǒng)。入、回風(fēng)系統(tǒng)：三水平北一石門三水平北21層三區(qū)四段機(jī)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(fēng)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(hào)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(fēng)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(fēng)石門；（3）三水平北六層四區(qū)上山；（3）、主要入、回風(fēng)巷道情狀況各部分巷道無失修，且巷道斷面均達(dá)到通風(fēng)要求，可以保證正常入回風(fēng)。四、21工作面開采對(duì)18工作面保護(hù)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(hù)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(xì)砂巖為主，21煤層作為18煤層的下保護(hù)層先期開采后，必然對(duì)上部18煤層的瓦斯、地應(yīng)力起到一定程度的卸壓作用，進(jìn)而使煤層的突出危險(xiǎn)性得以減弱乃至消除。1、下保護(hù)層保護(hù)作用的理論分析保護(hù)層的保護(hù)作用隨層間距的增大而減小，達(dá)到某一臨界距離時(shí)，保護(hù)作用消失。確定上保護(hù)層的最大

7、保護(hù)垂距、有效保護(hù)范圍和保護(hù)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(hù)層開采的有效垂距為小于50m。表1 保護(hù)層與被保護(hù)層之間的最大保護(hù)垂距煤層類別最大保護(hù)垂距m上保護(hù)層下保護(hù)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(hù)范圍和保護(hù)煤量的計(jì)算保護(hù)層：三水平北21層三區(qū)四段，采區(qū)要素：260×67=17420被保護(hù)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(hù)層，傾

8、角10°，平均層間距25米，根據(jù)防突規(guī)定計(jì)算保護(hù)范圍：傾斜方向卸壓角1、2定為77°、83°，傾斜方向保護(hù)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(hù)范圍：2602×25/tan60°=231m；保護(hù)層有效保護(hù)范圍：231×60.2=13906 保護(hù)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(duì)22工作面保護(hù)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(hù)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(xì)砂巖為主，21煤層作為22煤層的上保護(hù)層先期開采后，必然對(duì)下部22煤層的瓦斯、地應(yīng)力起到一定程度的卸壓作用，進(jìn)而使煤層的突出危險(xiǎn)性得以減弱乃至消除。1、上保護(hù)層保護(hù)作用的理論分析保護(hù)層的保護(hù)作用隨層間距的增大而減小，達(dá)到某一臨界距離時(shí)，保護(hù)作用消失。確定上保護(hù)層的最大保護(hù)垂距、有效保護(hù)范圍和保護(hù)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(hù)層開采的有效垂距為小于50m。表1 保護(hù)層與被保護(hù)層之間的最大保護(hù)垂距煤層類別最大

10、保護(hù)垂距m上保護(hù)層下保護(hù)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(hù)范圍和保護(hù)煤量的計(jì)算保護(hù)層：三水平北21層三區(qū)四段，采區(qū)要素：260×67=17420被保護(hù)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(hù)層，傾角10°，平均層間距20米，根據(jù)防突規(guī)定計(jì)算保護(hù)范圍：傾斜方向卸壓角3、4定為75°，傾斜方向保護(hù)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(hù)范圍：2602×20/tan60°=227m；保護(hù)層有效保護(hù)范圍：227×58.28=13230 保護(hù)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(hù)層開采的保護(hù)效果分析 通過21煤層開采后對(duì)18、22煤層的各項(xiàng)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(jiān)固性系數(shù)等的觀測，在上保護(hù)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(duì)比參數(shù)類型保護(hù)層開采前保護(hù)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(duì)比參數(shù)類型保護(hù)層開采前保護(hù)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(biāo)240、最大鉆屑量1.8。預(yù)測指標(biāo)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(duì)18、22煤層的保護(hù)作用。五、經(jīng)驗(yàn)與總結(jié)1、首先選擇非突出煤層為保護(hù)層進(jìn)行開采，然后開采被保護(hù)的突出煤層，其安全和經(jīng)濟(jì)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