基于煤炭開采保護層與被保護層保護效果分析

1、基于煤炭開采保護層與被保護層保護效果分析    摘 要：通過對開采14125保護層工作面前后，14124煤層各種參數(shù)的變化對比，論證了5槽煤層對4槽煤層的保護效果。關鍵詞：煤炭開采；保護層；被保護層；效果分析1 B4煤層瓦斯及突出危險性西二采區(qū)4-1煤層瓦斯含量5.01m3/t，瓦斯壓力1.2MPa（重慶分院實測）。從建井期間揭煤情況看，4-1煤層具有較為嚴重突出危險性，建礦以來4-1煤層突出10次，1987年西二運輸石門揭煤突出煤量1576t，瓦斯 22000m3，這次突出是全淮南礦區(qū)突出強度最大的一次。投產(chǎn)以來多次石門揭

2、露4-1煤層，均采取了卸壓排放鉆孔、遠距離放炮等專項治理措施才確保安全施工。西二-370m石門1993年揭B4煤層之前曾進行了打鉆測壓，突出指標10，1.0MP，=18.5，=0.61，為突出危險區(qū)。采取排放鉆孔措施揭穿煤層后，各項指標均降至臨界值以下，具體為：f=0.72，=9.5，=13.19。2 上保護層開采設計西二B組采區(qū)B5煤層平均厚度為1.3m，與B4煤層層間距為611m左右，平均8.3m，屬于近距離上保護層開采類型。2.1 保護層與被保護層工作面回采巷道布置B4煤層西翼一階段(即14124)和上保護層B5煤層一階段(即14125)上風巷由西二回風付石門施工B5

3、提料斜巷至西進風井煤柱標高，與西二回風石門相透，形成進回風系統(tǒng)。14124下順槽由B4煤層下山直接向西施工，14125下順槽由B4煤層下山施工進風斜巷至B5下順槽標高。該塊段14125上風巷與14124上風巷平距外錯2m，14125下順槽與14124下順槽平距外錯7m，14125始采線、終采線與14124外錯平距為10m。西二采區(qū)B5煤層一階段14125工作面設計上風巷長545m，下順槽長601m，傾斜寬150m，預計在保護范圍內(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煤層底板通風上山-411m標高

4、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2325m，長度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。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。鉆場間距30m，鉆場長 寬 高=2×3×2m，采用錨噴支護，共設計15組鉆場，由東向西編號依次為1#15#。3 14125工作面開采對14124工作面保護效果分析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，屬于近距離上保護層開采類型。該煤層在本區(qū)賦存較穩(wěn)定，B5

5、與B4煤層層間巖層以砂巖為主，其次為砂頁巖和頁巖。B5煤層作為B4煤層的上保護層先期開采后，必然對上部B4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。3.1 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則的推薦，緩傾斜和傾斜上保護層開采的有效垂距為小于50m。(2) 根據(jù)保護層厚度、頂板管理方法、回采工作面長度和開采深度等因素，按如下公式確定上保護層開采的有效垂距：S上= h上12式

6、中：S上-上保護層的最大有效層間垂距，m；h上-上保護層的理論有效層間垂距，m，它與工作面長度a和開采深度H有關，當a0.3h時，則取a=0.3h，但a不得大于250m；1-保護層開采影響系數(shù)，當Mmo時，1=M/ mo，當Mmo時，1=1；M-保護層開采厚度，m；mo-開采保護層的最小有效厚度，m；2-層間硬巖（砂巖、石灰?guī)r）含量系數(shù)，以表示硬巖在層間巖石中所占的百分比，50%時，2=1-（0.4/100），50%時，2=1。按照這一方法的計算公式計算得出的14125工作面上保護層開采的有效保護垂距為58m。(3) 保護層的保護作用不僅與層間距離有關，而且與保護層的開采厚

7、度有關。因此，在討論保護作用時，應把保護層厚度與層間垂距結(jié)合起來考慮，引入相對層間距離的概念，即層間垂距與采高的比值R=h/m。相對層間距越小，保護作用越充分，反之亦然。保護層開采的實踐經(jīng)驗表明：開采上保護層的相對層間距R75時，被保護層從未發(fā)生過突出。因此，可以把上保護層開采時相對層間距R75作為選擇保護層的一個依據(jù)。對于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煤層的間距遠小于上保護層開采的最大有效層間距50m，且其R值亦遠小于75，說明B5煤層開采后，將對B4煤層產(chǎn)生非常好的保護效果。3.2 B5保護層開采的保護效果分析通過對B5煤層

8、開采后B4煤層的各項參數(shù)包括煤層瓦斯壓力、鉆孔瓦斯流量、煤層透氣性、煤層相對變形等的觀測，在上保護層首采的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B4煤層的保護作用。（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（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則規(guī)定的0.74MPa；B4煤層膨脹變形達到最大值34.1×10-3，遠遠超過了6；煤層透氣性增加到21.1m2/MPa2d，是原始透氣性系數(shù)的626倍；鉆孔瓦斯流量最大達到0.09m3/min參考文獻1