矿山课设-刘丹龙

中国矿业大学（北京）资源与安全工程学院

本科生课程设计任务书

专业年级安全工程2010级班级安全工程二班学号 1010130210 学生姓名刘丹龙

任务下达日期： 2013 年 12 月 9 日

课程设计日期： 2013 年 12 月 9 日至 2013 年 12 月 15 日

课程设计主要内容和要求：

1、题目：

开采近距离上保护层防治煤与瓦斯突出的工艺设计

2、设计内容

1）设计基本概况简介；

2）开采近距离上保护层防止煤与瓦斯突出方案综述；

3）保护范围的确定；

4）残留煤柱影响的确定；

5）瓦斯抽放附加措施参数设计；

6）上保护层开采其它安全措施设计；

7）上保护层开采经济指标考察。

3、要求:

1）各自独立完成；

2）设计依据规章制度；

3）文字图表要规范；

4）8000字左右。

4、时间：按课表安排时间（一整周）

指导教师签字：

开采近距离上保护层防治煤与瓦斯突出的工艺设计

一、设计基本概况简介

在防治煤与瓦斯突出的措施中，目前行之有效的是开采保护层并结合抽放瓦斯，实行综合治理。实践证明，长期坚持使用这一措施的矿井，突出次数大为减少(如天府矿务局等)。这一措施使用上可靠，我国在多煤层的矿井已普遍采用，施行中的问题主要是保护层开采后的有效范围确定和效果考察，这些都有待于各矿在生产实践中摸索和积累。

某煤矿位于A煤田中部，含煤六层，可采三层，可采厚度约5m。四号煤层厚约2.6m，软分层厚1.7m，顶底板均为泥岩和砂质泥岩。五号煤层属复合煤层，中部夹矸0.05m，软分层0.25m，顶板为泥岩，底板为泥岩沙泥岩。六号煤层也属复合煤层。

该矿一井煤层倾角20°～40°。开拓方式为斜井底板茅口集中运输大巷。瓦斯相对涌出量为51.64m3／t。该煤矿瓦斯突出较为严重，可采层四、五、六号煤层及不可采的三号煤层均发生过突出，资料记载有230次，其中三号层23次，四号层108次，五号层82次，六号层17次。千吨以上突出二次，最大突出量3500t。

二、开采近距离上保护层防止煤与瓦斯突出方案综述

保护层的性质

开采保护层是防治煤与瓦斯突出最简单、最有效、最可靠的区域性防突措施。开采保护层后，保护层上下围岩向采空区移动，采空区上方岩体冒落并形成自然冒落拱，下方岩体向采空区膨胀并形成裂隙，被保护层中弹性潜能得以释放，岩石和被保护层的地应力降低;同时被保护层透气性系数大大增加，有利于抽采瓦斯，降低煤层瓦斯压力;此外还能改变被保护层的物理力学性质，增强煤体抗破坏能力，从而达到防止煤与瓦斯突出的目。

保护层的选择

根据《煤矿安全规程》第一百九十二、一百九十三、一百九十四条之规定，对于有突出危险煤层，应采取开采保护层或预抽煤层瓦斯等区域性防治突出措施;在突出矿井开采煤层群时，应优先选择开采保护层防治突出措施;选择保护层应遵循下列原则：一是优先选择无突出危险煤层作为保护层、矿井所有煤层都有突出危险时应选择危险程度较小的煤层作保护层，二是应优先选择上保护层、选择下保护层时，不得破坏被保护层的开采条件。

1、保护层开采区域性消突技术理论

在煤层群开采条件下，应首先选择保护层开采及被保护层泄压瓦斯抽采技术，区域性消除瓦斯的突出危险。保护层是煤层群中的首采煤层，应该首先选择瓦斯含量低或突出危险性相对较小煤层，通过保护层开采的卸压作用抽采上、下邻近煤层的卸压瓦斯，区域性消除邻近煤层的突出危险性，保护层的上、下邻近煤层称为被保护煤层。保护层位于被保护层下部的称为下保护层，保护层位于被保护层上部的煤层称为上保护层。

保护层开采后，采场周围的煤岩体发生移动、变形，使得煤岩体的应力场、

裂隙场重新分布。在采空区顶底板内的一定范围内地应力降低，出现泄压效果，处于顶底板内的煤层发生膨胀变形，煤层透气性呈数百至上千倍增加，煤层瓦斯解吸流动增强，这是保护层开采技术应用的理论基础。

保护层开采后，随着顶板岩层的冒落、底板岩层的底鼓，顶板中的裂隙不断向顶底板内部发育，在顶板中由下至上形成垮落带、断裂带和弯曲带，在受到采动影响的底板中由上至下形成底鼓裂隙带和底鼓变形带。顶底板煤岩层的卸压程度及发育程度随着向顶底板深度的延伸（层间距的加大）逐渐减弱。下保护层开采时，顶板内的影响范围与开采层厚度成正比。被保护层获得卸压增透效果后，再配合地面钻井或是井下穿层钻孔等抽采工程及时抽采被保护层卸压瓦斯，可有效降低煤层瓦斯压力和含量，提高煤体的强度，彻底消除煤层的突出危险性，将高瓦斯突出煤层转化为低瓦斯无突出危险煤层，实现突出煤层的安全高效开采。被保护层的瓦斯抽采工程需要提前施工，保证保护层开采的同时能够有效地抽采被保护层的卸压瓦斯。保护层开采防治煤与瓦斯突出的技术原理如图一所示。

图一保护层开采消突原理

下保护层与上保护层需要足够的层间距，开采下保护层不能破坏上被保护层的开采条件，因此上被保护层一般位于保护层开采后形成的断裂带和弯曲带内，不能位于保护层开采后形成的垮落带内。而上保护层与下被保护层的层间距没有明确的要求，只要能够保证保护层的安全开采要求即可，目前上保护层开采的最小层间距为8～10m。在近距离上保护层开采过程中必须解决被保护层的大量卸压瓦斯涌入保护层工作面造成工作面瓦斯超限的问题。

2、保护层开采及卸压瓦斯抽采工作程序

保护层开采技术虽然被认为是效果最好的区域性防突措施，但保护层开采技术的应用需要具备煤层群的开采条件。在煤层群条件下，其中一个可采煤层无突出危险或突出危险性相对较小，便可采用保护层开采技术治理突出煤层瓦斯，其工作程序如图二所示，可分为准备阶段、实施阶段和效果检验验证阶段三个阶段。

保护层开采的准备阶段包括煤层群的瓦斯赋存条件分析、保护层开采选择和保护层开采规划设计三个部分。在煤层群开采条件下，首先进行各开采煤层的基本参数考察，掌握煤层瓦斯的赋存规律，分析各煤层的突出危险性。在开采水平内若各开采煤层瓦斯较小，且均无突出危险性，则矿井按正常的开采顺序进行煤层开采；若煤层群中包含高瓦斯煤层或是突出危险煤层，则需要采取保护层开采技术对其进行瓦斯治理。其次，在充分论证的基础上，选择无突出危险煤层或是突出危险性相对较小的煤层作为保护层开采，必要的情况下也可以选择软岩层作为保护层开采。选择保护层开采类型时，应优先选择上保护层。选择下保护层开采时，不得破坏被保护层的开采条件。最后根据煤层瓦斯地质条件，进行保护层开采的规划设计，制定矿井开拓、掘进和回采接替计划，以及配套的瓦斯抽采和治理技术方案，做到矿井“抽、掘、采”平衡，必要时可调整矿井煤层的开采顺序，确保保护层开采规划的实施。

保护层开采进入实施阶段后，一方面需要进行保护层工作面巷道施工、工作面安装等准备工作，同时根据保护层开采设计进行被保护层瓦斯抽采工程的施工，包括抽采巷道施工、钻孔施工及瓦斯抽采管路的安装，另一方面还需施工被保护层的措施效果考察工程，包括考察巷道、考察钻孔的施工，考察仪器仪表的安装等。上诉三项工作需同时完成，保证保护层开采时，能对被保护层进行有效的卸压瓦斯抽采，同时对抽采的卸压瓦斯进行计量，并对被保护层的其他效果指标进行考察，为被保护层的保护效果检验做准备工作。另外，还需对被保护层的有效保护范围进行考察，为将来的被保护层工作面布置提供基础资料。

保护层开采结束后，需要对被保护层卸压保护范围内的煤体进行保护效果检验。开采保护层的效果检验主要采用残余瓦斯压力、残余瓦斯含量和煤层膨胀变形量三个指标。根据《防突规定》的要求，突出矿井首次开采某个保护层时，应当对被保护层进行区域措施效果检验。如果被保护层的最大膨胀变形量大于3‰，则检验和考察结果可适用于其他区域的同一保护层和被保护层；否则，应当对每个预计的被保护层区域进行区域措施效果检验。在采用残余瓦斯压力、残余瓦斯含量检验时，以实测数据为准，只有当考察的最大参与瓦斯压力低于被保护层始突深度的瓦斯压力或残余瓦斯含量低于被保护层始突深度的原始含量，保护效果有效。若没能考察出被保护层始突深度的瓦斯压力或含量，则被保护层残余瓦斯压力降至0.74MPa以下或残余瓦斯含量降至8m3／t以下，才能说明保护