煤矿开采保护层效果考察

1煤矿开采保护层效果考察摘要：兴安煤矿采取了开采保护层区域防突措施，通过对开采保护层工作面三水平北21层三区四段的开采前后，三水平北18层三区五段、四水平北22层二三区一段煤层瓦斯基本参数的变化对比，论证了21号煤层对18号煤层和22号煤层的保护效果。关键词：保护层参数指标效果考察一、概况1、矿井概况兴安矿位于鹤岗煤田南部，在小鹤立河下游河床、河谷及东岸的丘陵地带。距鹤岗市区约12公里，北部与富力矿交界；南部以峻德矿交界；西部以煤质地层基盘为界，东部以3号煤层-700m底板等高线在地表水平投影为界，兴安井田走向长4.6公里，倾斜宽4.6公里，面积21平方公里。由于开拓和生产水平加深，瓦斯涌出量随之增大，地质构造越来越复杂，从2002年7月至2004年11月共发生五起煤与瓦斯动力现象，兴安煤矿2005年3月10日经煤科总院抚顺分院鉴定为煤与瓦斯突出矿井，17、18和22煤层为突出煤层，在-290m标高以下的采掘作业活动中必须采取区域和局部综合防突措施。2、采区概况本工作面走向270米，倾斜长平均69米，总煤厚为6.5米左右，于2014年10月20日开采一分层，采高2.8米，可采储量7.3万吨，现已采出165米，剩余走向105米。本层距上覆18层层间距在25米左右，距下伏22层煤层间距在20米左右。本区上覆18层未采完，2下伏22层未开采。二、煤层瓦斯参数及突出危险性兴安煤矿18#煤层、22#煤层为煤与瓦斯突出煤层。18#突出煤层始突标高为－290ｍ，2002年7月22日4时10分，兴安矿在施工三水平南四五层一区探断层巷，发生突出。涌出瓦斯量600m3,突出煤量35t，经煤炭科学研究总院抚顺分院瓦斯实验室鉴定，18号煤层原始瓦斯压力P=0.84Mpa，原始瓦斯含量W=8.2040m3/t,透气性系数λ=1.056m2/MPa2.d，瓦斯放散初速度△P=18.47mmHg，煤的坚固性系数f=0.82，相关参数指标超过临界值，具有突出危险性，因此，兴安矿18煤层在采掘作业过程中必须采取综合防突措施。22#突出煤层始突标高为－384ｍ，2002年11月25日9时50分，在兴安矿四水平一分段-385m标高机道石门发生突出，涌出瓦斯量1835m3，突出煤和岩石15t，经煤炭科学研究总院抚顺分院瓦斯实验室鉴定，22号煤层原始瓦斯压力P=2.18Mpa，原始瓦斯含量W=8.452m3/t,透气性系数λ=0.131m2/MPa2.d，瓦斯放散初速度△P=4.68mmHg，煤的坚固性系数f=0.61，相关参数指标超过临界值，具有突出危险性，因此，兴安矿22煤层在采掘作业过程中必须采取综合防突措施。三、保护层开采设计21煤层平均煤层厚度为6.5m，本层距下覆煤层22层其层间距南薄北厚，在20米左右，属于近距离上保护层开采类型，上伏18#煤层，其层间距南薄北厚，在25米左右，属于近距离3下保护层开采类型。1、保护层工作面位置、范围本区位于三水平北21层三区四段，本工作面走向270米，倾斜长平均69米，总煤厚为6.5米左右，于2014年10月20日开采一分层，采高2.8米，可采储量7.3万吨，现已回采结束。2、21层通风系统：（1）、采区及工作面入、回风系统。入、回风系统：三水平北一石门→三水平北21层三区四段机道→工作面→三水平北21层三区四段轨道→一部分由轨道回风石门→三水平北六层一区轨道上山→二水平总排→中七D1、3号井→地面；另一部分由三水平北21层一区四段尾巷→三水平北六层四区轨道上山→三水平北七D南、北井。（2）、专用回风巷情况（1）三水平北21层三区四段尾巷；（2）三水平北21层三区四段尾巷回风石门；（3）三水平北六层四区上山；（3）、主要入、回风巷道情状况各部分巷道无失修，且巷道断面均达到通风要求，可以保证正常入回风。四、21工作面开采对18工作面保护效果分析21煤层在本区平均厚度6.5m，与18煤层层间距平均为25m左右，属于近距离下保护层开采类型。该煤层在本区赋存较稳定，21与18煤层层间岩层以细砂岩为主，21煤层作为18煤层的下4保护层先期开采后，必然对上部18煤层的瓦斯、地应力起到一定程度的卸压作用，进而使煤层的突出危险性得以减弱乃至消除。1、下保护层保护作用的理论分析保护层的保护作用随层间距的增大而减小，达到某一临界距离时，保护作用消失。确定上保护层的最大保护垂距、有效保护范围和保护煤量，可以采用如下方法确定。(1)根据《防治煤与瓦斯突出规定》，缓倾斜和倾斜上保护层开采的有效垂距为小于50m。表1保护层与被保护层之间的最大保护垂距煤层类别最大保护垂距∕m上保护层下保护层急倾斜煤层6080缓倾斜和倾斜煤层5010021煤层距上覆煤层18层其层间距南薄北厚，在25米左右符合《防治煤与瓦斯突出规定》所规定。(2)有效保护范围和保护煤量的计算保护层：三水平北21层三区四段，采区要素：260×67=17420㎡被保护层：三水平北18层三区五段，采区要素：255×75=19125㎡521层作为18层煤的下保护层，倾角10°，平均层间距25米，根据防突规定计算保护范围：倾斜方向卸压角δ1、δ2定为77°、83°，倾斜方向保护范围：67－25/tan77°－25/tan83°=60.2m；走向方向卸压角δ5定为60°，走向方向保护范围：260－2×25/tan60°=231m；保护层有效保护范围：231×60.2=13906㎡保护煤量：231×60.2×4.5×1.4=87609t。现三水平北21层三区四段已经全部开采完，已将三水平北18层三区五段煤层解放。五、21工作面开采对22工作面保护效果分析21煤层在本区平均厚度6.5m，与22煤层层间距平均为20m左右，属于近距离上保护层开采类型。该煤层在本区赋存较稳定，21与22煤层层间岩层以细砂岩为主，21煤层作为22煤层的上保护层先期开采后，必然对下部22煤层的瓦斯、地应力起到一定程度的卸压作用，进而使煤层的突出危险性得以减弱乃至消除。1、上保护层保护作用的理论分析保护层的保护作用随层间距的增大而减小，达到某一临界距离时，保护作用消失。确定上保护层的最大保护垂距、有效保护范围和保护煤量，可以采用如下方法确定。(1)根据《防治煤与瓦斯突出规定》，缓倾斜和倾斜上保护6层开采的有效垂距为小于50m。表1保护层与被保护层之间的最大保护垂距煤层类别最大保护垂距∕m上保护层下保护层急倾斜煤层6080缓倾斜和倾斜煤层5010021煤层距下覆煤层22层其层间距南薄北厚，在25米左右符合《防治煤与瓦斯突出规定》所规定。(2)有效保护范围和保护煤量的计算保护层：三水平北21层三区四段，采区要素：260×67=17420㎡被保护层：四水平北22层二三区一段，采区要素：350×125=43750㎡21层作为22层煤的上保护层，倾角10°，平均层间距20米，根据防突规定计算保护范围：倾斜方向卸压角δ3、δ4定为75°，倾斜方向保护范围：67－2×20/tan75°=58.28m；走向方向卸压角δ5定为60°，走向方向保护范围：260－2×20/tan60°=227m；保护层有效保护范围：227×58.28=13230㎡保护煤量：227×58.28×4.5×1.4=83349t。7现三水平北21层三区四段已经全部开采完，已将三水平北２２层三区四段煤层解放。2、21煤层保护层开采的保护效果分析通过21煤层开采后对18、22煤层的各项参数包括煤层瓦斯压力，煤层瓦斯含量,透气性系数，瓦斯放散初速度，煤的坚固性系数等的观测，在上保护层首采的21工作面开采前后，22工作面突出煤层的煤层瓦斯压力，煤层瓦斯含量等参数发生了明显的变化。表221煤层开采前后18煤层的各参数对比参数类型保护层开采前保护层开采后煤层瓦斯压力P（Mpa）0.840.2煤层瓦斯含量W（m3/t）8.20403.8323表321煤层开采前后22煤层的各参数对比参数类型保护层开采前保护层开采后煤层瓦斯压力P（Mpa）0.570.15煤层瓦斯含量W（m3/t）6.92583.2258在现场测定了该区煤层钻屑解吸指标△ｈ2＝40Ｐａ、最大钻屑量Ｓ＝1.8ｋｇ。预测指标均小于临界值，符合规定。各参数的变化具有一定的内在联系，从不同的角度反映了21煤层的开采对18、22煤层的保护作用。五、经验与总结1、首先选择非突出煤层为保护层进行开采，然后开采被保8护的突出煤层，其安全和经济效益都极为显著。2、从以上分析可以看出，21煤层开采后，18煤层瓦斯压力急剧下降到了0.2MPa，低于《防治煤与瓦斯突出规定》规定的0.74MPa；煤层瓦斯含量下降到了3.8323m3/t，低于《防治煤与瓦斯突出规定》规定的8m3/t；22煤层瓦斯压力急剧下降到了0.15MPa，低于《防治煤与瓦斯突出规定》规定的0.74MPa；煤层瓦斯含量下降到了3.2258m3/t，低于《防治煤与瓦斯突出规定》规定的8m3/t；位于三水平北18层三区五段在保护范围内的18煤层和位于四水平北22层二三区一段保护范围内的22#煤层突出危险性已经消除，保护效果十分显著。参考文献：［1］《煤矿安全规程》煤炭工业出版社，2011年2月第一版；［2］《防治煤与瓦斯突出规定》读本，煤炭工业出版社，2009年9月第一版。