煤矿开采保护层实践效果浅谈

[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22-1层三区三段的开采前后，三水平北22层三区三段煤层瓦斯基本参数的变化对比，论证了22-1号煤层对22号煤层的保护效果。

[关键词]保护层 参数指标 效果分析

中图分类号：T15 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2015）13-0331-01

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

本采区位于三水平北22层三区三段，西部为-240.0T～240.6T米设计轨道标高，东部为-281.0T～-287.5T米设计机道标高，南部到设计停采线为界；北部以设计切眼为界；本区平均走向470米，倾斜长平均105米。22号煤层赋存较稳定，整体走向N3°E，倾向NE，煤层倾角较稳定，一般为12°-16°，煤层结构比较简单，平均厚度在4.5米左右，属半亮半暗型，中硬。本层距上覆煤层22-1层其层间距南薄北厚，在4-6米左右。

二、煤层瓦斯参数及突出危险性

兴安煤矿22 #煤层为煤与瓦斯突出煤层，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=8.452 m3/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、上保护层开采设计

22-1煤层平均煤层厚度为2.6m，本层距下覆煤层22层其层间距南薄北厚，在4.0-6. 0米左右，属于近距离上保护层开采类型。

1、保护层工作面位置、范围

本区位于三水平北22-1层三区三段单一层，上部以（-207.6T～-238.4T）轨道起，下部至机道（-283.2T～-276.3）北部以切眼起，南部至设计停采线，走向长390米，倾斜平均140米，本区北部为FI断层，南部为机道石门保护煤柱，东部为本区三四水平隔离煤柱，本区西部为FB、FC断层。

2、22层主要入、回风巷道情况

本区为三水平北22层三区三段，机道、斜机道、切眼（北部）、轨道、斜轨道、及探煤上山设计停采线在采区南部。本区入风由三水平北一石门三水平北22层二区机道上山三水平北22层三区三段机道工作面；回风由工作面轨道斜轨道三水平北22层三区三段机道反上三水平北22层二三区专用回风上山三水平22层专用回风巷北七D回风。

本区设计为普采，轨道设计断面为净12O，机道设计断面为净12O，切眼断面为8O，没有影响通风地点。

四、22-1工作面开采对22工作面保护效果分析

22-1煤层在本区平均厚度2.6m，与22煤层层间距平均为4-6m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，22-1与22煤层层间岩层以细砂岩为主，22-1煤层作为22煤层的上保护层先期开采后，必然对下部22号煤层的瓦斯、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层开采的有效垂距为小于50m。

22-1煤层距下覆煤层22层其层间距南薄北厚，在4-6米左右符合《防治煤与瓦斯突出规定》中的要求。

（2）有效保护范围和保护煤量的计算

保护层：三水平北22-1层三区三段，采区要素：390×140=54600O

被保护层：三水平北22层三区三段，采区要素：430×105=45150O

22-1层作为22层煤的上保护层，倾角24°，平均层间距5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：140-2×5/tan75°=137m；

走向方向卸压角δ5定为60°，走向方向保护范围：390-2×5/tan60°=384m；

保护层有效保护范围：384×137=52608O

保护煤量：384×137×4.5×1.4=331430.4t。

现三水平北22-1层三区三段已经全部开采完，已将三水平北22层三区三段煤层解放。

2、22-1煤层保护层开采的保护效果分析

通过22-1煤层开采后对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22-1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。

坚固性系数f最大值为0.624，放散初速度P最大值为8mmHg，并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，各项突出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22-1煤层的开采对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，22-1煤层开采后，22煤层瓦斯压力急剧下降到了0.37MPa，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3.3326m3/t，低于《防治煤与瓦斯突出规定》规定的8m3/t。位于三水平北22层三区三段一分层在保护范围内的22号煤层突出危险性已经消除，保护效果十分显著。

（3）三水平北22层三区三段在掘进和回采过程中未再发生任何动力现象和出现突出预兆，在进行的防突措施效果检验中，无一次指标超限，安全效果十分显著，在严格执行安全防护措施的条件下，已于2013年12月18日顺利回采完毕。

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。

作者简介

杜艳春，男，1987年10月出生，学历大学，毕业于黑龙江科技学院，现任龙煤鹤岗矿业公司兴安煤矿通风区助理工程师。