优化保护层开采设计,实现安全技术经济一体化

优化保护层开采设计，实现安全技术经济一体化
【摘要】新庄孜矿把C14、B10、B9煤层作为保护层开采，在治理瓦斯方面，取得了较好的效果，但是也存在着一些问题，出于安全、技术、经济方面的要求，需要考虑B4、A1煤层作为保护层的可行性。

【关键词】保护层；设计；突出煤层；煤层群；一体化
1 突出煤层与保护层
1.1 突出煤层
本矿井开采的煤层有：C14、C13、B11b、B11a、B10、B9、B8、B7b、B7a、B7a、B6、B5b、B5a、B4、A3、A1煤层，共计16层。

其中C13、B11b、B10、B8 、B7a、B6、B4、A3、A1煤层为突出煤层，共计9层。

治理突出煤层的首选方法，就是开采保护层。

C14、B10和B9煤层本身具有突出危险性，是弱突出危险性煤层，也是选择作为保护层的煤层。

各煤层在不同的采区，不同的深度，突出的危险程度和突出强度不同。

实践证明：随着深度的增加，突出的危险程度和突出强度增加。

非突出煤层将升级为突出煤层。

1.2 保护层与开采效果
我矿作为保护层开采的煤层有C14、B10和B9煤层，共3层。

B10煤层是我矿主要的保护层。

只有62114和66109工作面是根据现场客观条件选择其它保护层的尝试性开采，存在着煤层不可采、煤层本身具有瓦斯突出征兆、距下伏突出煤层近而受到瓦斯威胁、煤层顶底板岩性硬度大等因素的制约。

通过选择B10煤层作为保护层开采，我们取得了较好的卸压效果。

B10煤层的开采对上覆和下伏煤层及其顶底板岩性具有或多或少的影响和保护作用。

回采后，煤层及顶底板出现较明显的变性。

因此我们得出结论：下保护层的保护效果明显优于上保护层，可使突出煤层变性。

选择下保护层开采是区域性治理瓦斯的最主要的手段。

1.3 保护范围与构造关系
（1）保护范围
B10煤层对上覆B11b、C13煤层和下伏B8、B7b、B7a、B6、B4煤层的保护范围是逐渐缩小的，并在其未保护范围形成了应力相对集中区。

阶段煤柱形成的应力集中区，更具有突出危险性。

根据《防治煤与瓦斯突出细则》48条对保护范围的确定，结合本矿六二采区为例进行论述。

该采区煤层平均倾角（α）为22°。

在走向上，停采保护层工作面的始采线和采止线对被保护层沿走向保护范围，按走向卸压角（δ5）56°划定。

在倾向上，下保护层上山方向卸压角（δ1），取73°，上保护层上山方向卸压角（δ3），取75°，下保护层下山方向卸压角（δ2），取87°，上保护层下山方向卸压角（δ4），取75°。

开采B10、B4煤层（包括A1煤层）对上覆或下伏煤层的走向卸压范围是逐层缩小的。

工作面两翼缩小的最大走向长度为：2*δ1=2*∑h/tgδ5=2*192.3=384.6m。

下保护层上山方向卸压角δ1的倾角（β1）=α + δ1=73° + 22°=95°；上保护层上山方向卸压角δ3的倾角（β3）=α - δ3=22° - 75°= -53°；下保护层下山方向卸压角δ2的倾角（β2）=δ2 -α=87° - 22°=65°；上保护层下山方向卸压角δ4的倾角（β4）=（δ4 +α）-180°=-（75° + 22°）-180°=-83°。

除δ1的倾角略大于倾向线的倾角外，其它均小于倾向线的倾角。

因此，在倾向上保护层的保护范围，基本上是逐层收敛的，保护范围也是逐渐减小的。

（2）地质构造
本井田煤岩总体呈单斜构造。

控制整个井田构造形态的是F6～F7和F10-5～F11-9两条断层组。

延展方向N60～80°W，倾向SSE，倾角45～60°，均为正断层。

其中F6 ～F7断层组，断裂带宽100～250m，落差0～85m，带内次生断层发育，预计接近-812m水平时断层尖灭。

F10-5～F11-9断层组，水平断距最大达2500m，落差0～837m，向深部落及断裂带宽度增大。

以F6～F7和F10-5～F11-9两个断层组为界，将井田划分为三个构造区。

各采区又是以断层为界划分的。

F5断层：262°∠74°，N8°W，地层断距0～85m，采区分界正断层；F10-5（8）断层：60°∠73°，N30°W，地层断距5～65m，正断层；F12-7断层：290°∠89°，N20°W，地层断距55～85m，采区分界正断层。

2 保护层选择与可行性分析
2.1 C14、B9和B10煤层作为保护层开采时存在的问题
C14煤层作为保护层：存在以下问题：（a）、C14煤层本身具有突出倾向，在掘进过程中曾多次发生瓦斯超限和煤岩体位移等动力现象，掘进难度大。

（b）、C14煤层大范围不可采，煤厚薄（0m～1.1m，平均0.55m），局部缺失，赋存状态不稳定，且中间发育有粉砂岩夹石层（0.2～0.8m）。

（c）、煤层灰份高，为提高对C13煤层的保护效果，将采高提高至1.8m或更高，致使工作面1.25m以上为岩石；在遇断层时岩石范围更大。

（d）、C14煤层的顶板岩性为细粒砂岩，较硬，f值局部大于8，综采机组不能回采，需炮采配合。

B9煤层作为保护层：存在以下问题。

（a）、B9煤层为局部可采煤层，不能形成大面积的回采工作面，致使保护区域受到限制。

（b）、B9煤层与B8煤层的层间距小，掘进和回采过程中在小型断层的影响下，受到下伏B8煤层中瓦斯的威胁，工作面上隅角瓦斯管理难度大。

（c）、B9煤层薄，为0.6～1.1m，平均0.8m。

顶板为细粒砂岩，较硬，f值大于8，在控制采高为1.5m的情况下，综采机组不能充分发挥作用，需人工打眼放炮，并强制放顶。

（d）、本矿二采区，B9煤层本身具有突出倾向，曾发生过炮后瓦斯长时间超限现象，因此本煤层的瓦斯治理也是重要和必要的。

B10煤层作为保护层：存在以下问题。

（a）、B10煤层的开采，对下伏B8煤层的实际保护效果还不够理想。

尽管B8煤层处于B10煤层开采有效保护范围内，仍然出现B8煤层准备过程中瓦斯局部超限现象，上保护层的效果远远不如下保护层的实际效果。

（b）、B10保护层对C13煤层保护范围在走向上缩短69.2m，两翼共缩短138.4m；对A1煤层在走向上缩短123.1m，两翼共缩短246.2m。

（c）、随着矿井水平的延伸，B10煤层逐渐升级为突出煤层，曾发生过炮后瓦斯长时间超限，打钻时出现过卡钻、吸钻和喷孔等，效检时钻屑量和K1值出现过超标的现象，B10煤层本身的瓦斯治理也是十分重要和必要的。

（d）、B10煤层厚度薄，走向和倾向顺层孔布置层位小，钻孔时常偏斜和小型断裂构造等因素的存在，难以达到瓦斯预期治理效果。

因此，B10煤层也需施工穿层孔，采取“一面四巷”等措施治理瓦斯。

2.2 B4煤层作为保护层的可行性
（1）有效保护煤层层数较多，除A3、A1煤层外的所有煤层，共计10层，都给予了直接或间接地保护。

（2）B4煤层主要是下保护层，保护效果较为理想，最为理想的煤层段是上覆的B6、B7a、B7b、B8、B9煤层段。

（3）保护范围较大，相对C13煤层，减少281.4m的瓦斯治理工程；在六二采区相对F10-5断层和F10-5（8）断层构造形态，由B4煤层推至C13煤层在走向上的水平断距分别为224.4m和111.3m，因此，减少了“构造三角煤”走向长度，从而减少了构造应力集中带的范围。

（4）利用已经完工的水平延伸工程巷道，可缩短工期，降低前期成本。

（5）B4煤层的回采，意义在于能够解决长期以来瓦斯问题对煤矿安全生产的威胁，也避免了底板灰岩水的威胁。

总之，B4煤层作为保护层开采具有可行性，更能体现安全技术经济一体化。

参考文献：
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