煤炭開采保護(hù)層與被保護(hù)層保護(hù)效果分析

摘 要：通過對(duì)開采14125保護(hù)層工作面前后，14124煤層各種參數(shù)的變化對(duì)比，論證了5槽煤層對(duì)4槽煤層的保護(hù)效果。

關(guān)鍵詞：保護(hù)層；效果分析

中圖分類號(hào)：TU文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A文章編號(hào)：1672-3198（2008）10-0377-02

1 B4煤層瓦斯及突出危險(xiǎn)性

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西二采區(qū)4-1煤層瓦斯含量5.01m3/t，瓦斯壓力1.2MPa（重慶分院實(shí)測(cè)）。從建井期間揭煤情況看，4-1煤層具有較為嚴(yán)重突出危險(xiǎn)性，建礦以來(lái)4-1煤層突出10次，1987年西二運(yùn)輸石門揭煤突出煤量1576t，瓦斯 22000m3，這次突出是全淮南礦區(qū)突出強(qiáng)度最大的一次。投產(chǎn)以來(lái)多次石門揭露4-1煤層，均采取了卸壓排放鉆孔、遠(yuǎn)距離放炮等專項(xiàng)治理措施才確保安全施工。西二-370m石門1993年揭B4煤層之前曾進(jìn)行了打鉆測(cè)壓，突出指標(biāo)ΔＰ＝10，Ｐ＝1.0MP，Ｋ=18.5，Ｄ=0.61，為突出危險(xiǎn)區(qū)。采取排放鉆孔措施揭穿煤層后，各項(xiàng)指標(biāo)均降至臨界值以下，具體為：f=0.72，ΔＰ=9.5，Ｋ=13.19。

2 上保護(hù)層開采設(shè)計(jì)

西二B組采區(qū)B5煤層平均厚度為1.3m，與B4煤層層間距為6～11m左右，平均8.3m，屬于近距離上保護(hù)層開采類型。

2.1 保護(hù)層與被保護(hù)層工作面回采巷道布置

B4煤層西翼一階段(即14124)和上保護(hù)層B5煤層一階段(即14125)上風(fēng)巷由西二回風(fēng)付石門施工B5提料斜巷至西進(jìn)風(fēng)井煤柱標(biāo)高，與西二回風(fēng)石門相透，形成進(jìn)回風(fēng)系統(tǒng)。14124下順槽由B4煤層下山直接向西施工，14125下順槽由B4煤層下山施工進(jìn)風(fēng)斜巷至B5下順槽標(biāo)高。該塊段14125上風(fēng)巷與14124上風(fēng)巷平距外錯(cuò)2m，14125下順槽與14124下順槽平距外錯(cuò)7m，14125始采線、終采線與14124外錯(cuò)平距為10m。西二采區(qū)B5煤層一階段14125工作面設(shè)計(jì)上風(fēng)巷長(zhǎng)545m，下順槽長(zhǎng)601m，傾斜寬150m，預(yù)計(jì)在保護(hù)范圍內(nèi)的B4煤層一階段14124工作面走向525m，傾斜寬140m。工作面布置見下圖。

2.2 B4煤層底板巷道布置

從西二B組采區(qū)B4煤層底板通風(fēng)上山-411m標(biāo)高處開始，在14124工作面中部的B4煤層底板砂巖中布置一條14124底板抽排巷，巖巷到B4煤層底板的垂距為23～25m，長(zhǎng)度597m。底板抽排巷采用斷面為2.4×2.4m的直墻半圓拱，錨噴支護(hù)。

從14124工作面采止線正下方開始，在底板抽排巷兩幫布置鉆場(chǎng)。鉆場(chǎng)間距30m，鉆場(chǎng)長(zhǎng) 寬 高=2×3×2m，采用錨噴支護(hù)，共設(shè)計(jì)15組鉆場(chǎng)，由東向西編號(hào)依次為1#～15#。

3 14125工作面開采對(duì)14124工作面保護(hù)效果分析

B5煤層在本區(qū)平均厚度1.3m，與B4煤層層間距平均為8.3m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，B5與B4煤層層間巖層以砂巖為主，其次為砂頁(yè)巖和頁(yè)巖。B5煤層作為B4煤層的上保護(hù)層先期開采后，必然對(duì)上部B4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。

3.1 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)層的有效層間距，可以采用如下三種方法確定。

(1) 根據(jù)《防治煤與瓦斯突出細(xì)則》的推薦，緩傾斜和傾斜上保護(hù)層開采的有效垂距為小于50m。

(2) 根據(jù)保護(hù)層厚度、頂板管理方法、回采工作面長(zhǎng)度和開采深度等因素，按如下公式確定上保護(hù)層開采的有效垂距：

S上= h上β1β2

式中：S上-上保護(hù)層的最大有效層間垂距，m；

h上-上保護(hù)層的理論有效層間垂距，m，它與工作面長(zhǎng)度a和開采深度H有關(guān)，當(dāng)a＞0.3h時(shí)，則取a=0.3h，但a不得大于250m；

β1-保護(hù)層開采影響系數(shù)，當(dāng)M≤mo時(shí)，β1=M/ mo，當(dāng)M＞mo時(shí)，β1=1；

M-保護(hù)層開采厚度，m；

mo-開采保護(hù)層的最小有效厚度，m；

β2-層間硬巖（砂巖、石灰?guī)r）含量系數(shù)，以η表示硬巖在層間巖石中所占的百分比，η≥50%時(shí)，β2=1-（0.4η/100），η＜50%時(shí)，β2=1。

按照這一方法的計(jì)算公式計(jì)算得出的14125工作面上保護(hù)層開采的有效保護(hù)垂距為58m。

(3) 保護(hù)層的保護(hù)作用不僅與層間距離有關(guān)，而且與保護(hù)層的開采厚度有關(guān)。因此，在討論保護(hù)作用時(shí)，應(yīng)把保護(hù)層厚度與層間垂距結(jié)合起來(lái)考慮，引入相對(duì)層間距離的概念，即層間垂距與采高的比值R=h/m。相對(duì)層間距越小，保護(hù)作用越充分，反之亦然。

保護(hù)層開采的實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)表明：開采上保護(hù)層的相對(duì)層間距R＜75時(shí)，被保護(hù)層從未發(fā)生過突出。因此，可以把上保護(hù)層開采時(shí)相對(duì)層間距R＜75作為選擇保護(hù)層的一個(gè)依據(jù)。對(duì)于14124工作面，B5煤層距B4煤層8.3m，R=h/m=6.4。因此，B5煤層與B4煤層的間距遠(yuǎn)小于上保護(hù)層開采的最大有效層間距50m，且其R值亦遠(yuǎn)小于75，說明B5煤層開采后，將對(duì)B4煤層產(chǎn)生非常好的保護(hù)效果。

3.2 B5保護(hù)層開采的保護(hù)效果分析

通過對(duì)B5煤層開采后B4煤層的各項(xiàng)參數(shù)包括煤層瓦斯壓力、鉆孔瓦斯流量、煤層透氣性、煤層相對(duì)變形等的觀測(cè)，在上保護(hù)層首采的14125工作面開采前后，B4突出煤層的煤層瓦斯壓力、瓦斯流量、煤層透氣性、煤層相對(duì)變形和瓦斯抽放量等參數(shù)發(fā)生了明顯的變化。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B5煤層的開采對(duì)B4煤層的保護(hù)作用。（見下表1）

從以上分析可以看出，B5煤層開采后，在B5煤層14125工作面后方25m以遠(yuǎn)（即3.0倍層間距以上），B4煤層瓦斯壓力急劇下降到了0.2MPa，低于《防治煤與瓦斯突出細(xì)則》規(guī)定的0.74MPa；B4煤層膨脹變形達(dá)到最大值34.1×10-3，遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過了6‰；煤層透氣性增加到21.1m2/MPa2#8226;d，是原始透氣性系數(shù)的626倍；鉆孔瓦斯流量最大達(dá)到0.09m3/min，是卸壓前鉆孔瓦斯流量的45倍。上述多種參數(shù)充分說明：B5煤層14125回采工作面相對(duì)于B4煤層掘進(jìn)工作面的合理超前距為不小于30m，在B5煤層14125工作面30m以后，位于保護(hù)范圍內(nèi)的4煤層突出危險(xiǎn)性已經(jīng)消除，保護(hù)效果十分顯著。

參考文獻(xiàn)

［1］袁亮．松軟低透煤層群瓦斯抽采理論與技術(shù)［M］．北京：煤炭工業(yè)出版社，2004.

［2］ 中華人民共和國(guó)煤炭工業(yè)部．防治煤和瓦斯突出細(xì)則［M］．北京：煤炭工業(yè)出版社，2005.