煤炭开采保护层与被保护层保护效果分析

煤炭开采保护层与被保护层保护效果分析

摘要：通过对开采14125 保护层工作面前后，14124 煤层各种参数的变化对比，论证了

5 槽煤层对4 槽煤层的保护效果。关键词：保护层；效果分析

1B4 煤层瓦斯及突出危险性

西二采区4-1 煤层瓦斯含量5.01m3/t，瓦斯压力1.2MPa（重庆分院实测）。从建井期间揭煤情况看，4-1 煤层具有较为严重突出危险性，建矿以来4-1 煤层突出10 次，1987 年西二运输石门揭煤突出煤量1576t，瓦斯22000m3，这次突出是全淮南矿区突出强度最大的一次。投产以来多次石门揭露4-1 煤层，均采取了卸压排放钻孔、远距离放炮等专项治理措施才确保安全施工。西二-370m 石门1993 年揭B4 煤层之前曾进行了打钻测压，突出指标ΔＰ＝10，Ｐ＝1.0MP，Ｋ=18.5，Ｄ=0.61，为突出危险区。采取排放钻孔措施揭穿煤层后，各项指标均降至临界值以下，具体为：f=0.72，ΔＰ=9.5，Ｋ=13.19。

2上保护层开采设计

西二B 组采区B5 煤层平均厚度为1.3m，与B4 煤层层间距为6～11m 左右，平均

8.3m，属于近距离上保护层开采类型。

2.1保护层与被保护层工作面回采巷道布置

B4 煤层西翼一阶段(即14124)和上保护层B5 煤层一阶段(即14125)上风巷由西二回风付石门施工B5 提料斜巷至西进风井煤柱标高，与西二回风石门相透，形成进回风系统。14124 下顺槽由B4 煤层下山直接向西施工，14125 下顺槽由B4 煤层下山施工进风斜巷至B5 下顺槽标高。该块段14125 上风巷与14124 上风巷平距外错2m，14125 下顺槽与14124 下顺槽平距外错7m，14125 始采线、终采线与14124 外错平距为10m。西二采区B5 煤层一阶段14125 工作面设计上风巷长545m，下顺槽长601m，倾斜宽150m，预计在保护范围内的B4 煤层一阶段14124 工作面走向525m，倾斜宽140m。工作面布置见下图。

2.2B4 煤层底板巷道布置

从西二B 组采区B4 煤层底板通风上山-411m 标高处开始，在14124 工作面中部的B4 煤层底板砂岩中布置一条14124 底板抽排巷，岩巷到B4 煤层底板的垂距为23～25m，长度597m。底板抽排巷采用断面为2.4×2.4m 的直墙半圆拱，锚喷支护。

从14124 工作面采止线正下方开始，在底板抽排巷两帮布置钻场。钻场间距30m，钻场长宽高=2×3×2m，采用锚喷支护，共设计15 组钻场，由东向西编号依次为1#～15#。

314125 工作面开采对14124 工作面保护效果分析

B5 煤层在本区平均厚度1.3m，与B4 煤层层间距平均为8.3m 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，B5 与B4 煤层层间岩层以砂岩为主，其次为砂页岩和页岩。B5 煤层作为B4 煤层的上保护层先期开采后，必然对上部B4 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。

3.1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。确定上保护层的有效层间距，可以采用如下三种方法确定。

(1)根据《防治煤与瓦斯突出细则》的推荐，缓倾斜和倾斜上保护层开采的有效垂距

为小于50m。

(2)根据保护层厚度、顶板管理方法、回采工作面长度和开采深度等因素，按如下公

式确定上保护层开采的有效垂距：

S上= h上β1β2

式中：S上-上保护层的最大有效层间垂距，m；

h上-上保护层的理论有效层间垂距，m，它与工作面长度a 和开采深度H 有关，当a ＞0.3h 时，则取a=0.3h，但a 不得大于250m；

β1-保护层开采影响系数，当M≤m o 时，β1=M/ m o，当M＞m o 时，β1=1；

M-保护层开采厚度，m；

m o-开采保护层的最小有效厚度，m；

β2-层间硬岩（砂岩、石灰岩）含量系数，以η表示硬岩在层间岩石中所占的百分比，η≥50%时，β2=1-（0.4η/100），η＜50%时，β2=1。

按照这一方法的计算公式计算得出的14125 工作面上保护层开采的有效保护垂距为58m。

(3)保护层的保护作用不仅与层间距离有关，而且与保护层的开采厚度有关。因此，

在讨论保护作用时，应把保护层厚度与层间垂距结合起来考虑，引入相对层间距离的概念，即层间垂距与采高的比值R=h/m。相对层间距越小，保护作用越充分，反之亦然。

保护层开采的实践经验表明：开采上保护层的相对层间距R＜75 时，被保护层从未发生过突出。因此，可以把上保护层开采时相对层间距R＜75 作为选择保护层的一个依据。对于14124 工作面，B5 煤层距B4 煤层8.3m，R=h/m=6.4。因此，B5 煤层与B4 煤层的间距远小于上保护层开采的最大有效层间距50m，且其R 值亦远小于75，说明B5 煤层开采后，将对B4 煤层产生非常好的保护效果。

3.2B5 保护层开采的保护效果分析

通过对B5 煤层开采后B4 煤层的各项参数包括煤层瓦斯压力、钻孔瓦斯流量、煤层透气性、煤层相对变形等的观测，在上保护层首采的14125 工作面开采前后，B4 突出煤层的煤层瓦斯压力、瓦斯流量、煤层透气性、煤层相对变形和瓦斯抽放量等参数发生了明显的变化。各参数的变化具有一定的内在联系，从不同的角度反映了B5 煤层的开采对B4 煤层的保护作用。（见下表1）

从以上分析可以看出，B5 煤层开采后，在B5 煤层14125 工作面后方25m 以远（即3.0 倍层间距以上），B4 煤层瓦斯压力急剧下降到了0.2MPa，低于《防治煤与瓦斯突出细则》规定的0.74MPa；B4 煤层膨胀变形达到最大值34.1×10-3，远远超过了6‰；煤层透气性增加到21.1m2/MPa2•d，是原始透气性系数的626 倍；钻孔瓦斯流量最大达到0.09m3/min，是卸压前钻孔瓦斯流量的45 倍。上述多种参数充分说明：B5 煤层14125 回采工作面相对于B4 煤层掘进工作面的合理超前距为不小于30m，在B5 煤层14125 工作面30m 以后，位于保护范围内的4 煤层突出危险性已经消除，保护效果十分显著。