保护层采面防突效果评价分析

保护层采面防突效果评价分析
摘要：针对近距离保护层开采后被保护层消突效果进行研究，以己16-23030被保护层工作面为例，采用了残余瓦斯压力、残余瓦斯含量、被保护层煤层厚度变形情况，开采保护层与未开采保护层工作面瓦斯参数变化情况。

分析结果表明：已由突出危险区域转化为非突出区域，开采保护层消除了煤与瓦斯的突出危险性，为安全生产创造了有利条件。

关键字：保护层；防突；评价
随着机械化程度的不断提高，开采强度不断加大，矿井开采不断向深部延伸，矿井瓦斯涌出量不断增大。

尤其是矿井的己三采区，被保护层己16.17煤层实测最大瓦斯压力为1.1mpa，最大瓦斯含量为11.25m3/t，瓦斯含量越来越大，煤与瓦斯突出日益严重。

采取开采保护层措施防治煤与瓦斯突出要比采取局部防突措施不仅成
本低得多，而且安全性和可靠性强得多。

所以，国内外开采煤层群矿井都广泛应用开采保护层作为防突首选措施，开采保护层是迄今为止防突最有效、最经济的的根本措施。

一、工作面基本概况
己16.17-23030工作面位于己三东翼上部，上、下阶段己16.17煤层均未回采，南部距己16.17-21290采面240m（正在回采）,北距己16-23070采面210m（已回采），西为己三皮带和轨道下山，东距二、四矿井田边界410m。

上覆己15-23030采面开采保护层于2002年5月回采结束；己15-23050采面开采保护层于2005年10月回
采结束。

己16.17-23030工作面在己15-23030、己15-23050保护层有效保护范围内。

二、己16.17-23030工作面防突效果分析
1.采区其它工作面开采保护层效果
己16.17-23060工作面位于己三采区西翼中上部，为己三采区被保护层开采首个工作面，该工作面保护层开采后被保护层原始瓦斯压力由1.1mpa降到0.12mpa，煤层瓦斯含量由原始瓦斯含量11.25m3/t降到2.83m3/t。

保护层开采后被保护层瓦斯压力下降了91%，瓦斯含量下降了75%。

被保护层煤层原始透气性系数增加546倍，煤层发生膨胀变形，煤体硬度增大；煤层由低透气性煤层变为高透气性煤层，由较难抽放煤层变为容易抽放煤层，消除了煤与瓦斯突出危险性，解决了煤与瓦斯突出问题。

2.煤样突出参数的变化
大量的试验考察结果证明，瓦斯突出参数（△p、f值）对于同一矿区、同一煤层来说，其数值特征主要取决于煤体的破坏程度。

随着煤体破坏程度的升高，f值减小，△p值增加。

k值反映工作面突出危险性的综合指标，为△p与f比值。

己16.17-23030掘进期间每隔一段距离取一次煤样进行化验分析，考察分析保护范围与非保护范围△p、f、k值的变化情况。

己16.17-23030掘进期间共取煤样15次，△p超标2次，f值超标7次，k值超标8次，保护层保护范围内△p超标1次，f值超标2次，k值超标1次。

根据以上情况分析非保护区范围内己16.17-23030机风两巷外围工程掘进期
间所取煤样△p、f、k值经常出现超标现象。

进入保护层区内己16.17-23030机风巷掘进期间所取煤样△p、f、k值很少出现超标现象，说明煤体强度增大，突出危险性明显降低。

3.防突测试指标变化
根据多年采掘工作面的实践及己16.17煤层挥发分指标等，己16.17—23030工作面风巷、机巷、切眼均采用复合指标法钻孔瓦斯涌出初速度q、钻屑量s进行突出危险性预测和效果检验，q值临界值为4.0l/min，s值临界值为6.0kg/m。

风巷以及外围工程794m 预测（效检）指标q值最大2.8l/min，s值最大4.1kg/m，机巷以及外围工程655m，掘进期间预测（效检）指标q值最大2.6l/min，s值最大4.2kg/m，切眼195m，掘进时间期间预测（效检）指标q 值最大0.9l/min，s值最大4.0kg/m，均未出现效检指标超标现象。

4.己16.17-23030工作面瓦斯动力现象分析
（1）外围工程：己16－23030机风两巷在己三采区下山煤柱保护线内掘进时，处在应力集中区域内，动力现象明显，突出危险性较大。

进入保护层范围后夹钻、顶钻、塌孔现象明显降低，未见喷孔、煤炮声等异常现象。

（2）保护范围内：在己16.17-23030工作面被保护开采范围内的巷道掘进过程中，机风两巷以及切眼掘进过程中，回风流瓦斯浓度0.１～0.2%之间，预测指标q值最大1.8l/min，s值最大4.2kg/m，从未发生过瓦斯动力现象，无喷孔、顶钻、响煤炮等异常现象。

（3）采空区内留有煤柱：己15-23030工作面开采保护层时由
于断层影响，己15-23030跳眼采空区内留有煤柱，己16.17-23030风巷掘至此处时，突出危险性较严重。

为实现集团提出的“不掘突出头，不采突出面”的目标，己16.17-23030工作面提前拐切眼，整个切眼在己15煤层保护范围内。

5.残余瓦斯压力和瓦斯含量的测定
（1）残余瓦斯压力测定
为准确测定己16.17-23030工作面残余瓦斯压力和瓦斯含量，由瓦斯研究所沿机巷走向共布置六个测压孔，其中1#、2#测压孔布置在23030机巷距机巷口180m、190m处；3#、4#测压孔布置在距机巷口400m、410m处；5#、6#测压孔布置在距机巷口580m、590m 处；沿煤层倾向施工，进行残存瓦斯压力、残存瓦斯含量测定。

以时间（d）为横坐标，瓦斯压力（mpa）为纵坐标的坐标图上，当观测时间达到规定，如压力变化在3d内小于0.015mpa，测压工作即可结束，否则延长测压时间。

测压地点以最高瓦斯压力测定值作为测试结果，钻孔瓦斯压力变化曲线见图2-1、图2-2、图2-3
所示。

1#、2#孔封孔后压力为0.06mpa，1#孔经过一段时间最大瓦斯压力稳定在0.15mpa，2#孔最大瓦斯压力稳定在0.2mpa；3#孔封孔后压力为0.06mpa，经过一段时间最大瓦斯压力稳定在0.18mpa，4#孔封孔后压力为0.05mpa，最大瓦斯压力稳定在0.15mpa；5#、6#孔封孔后压力为0.05mpa，5#孔经过一段时间最大瓦斯压力稳定在0.2mpa，6#孔最大瓦斯压力稳定在0.15mpa。

（2）残余瓦斯含量的测定
煤层瓦斯含量是指单位体积或重量的煤体中所含有的瓦斯量（换算成标准状态），常用m3/t或ml/g作为计量单位。

按mt/t638规定测定瓦斯压力等参数后可根据下式（依据aq1026-2006）计算出煤层瓦斯含量：
w ——煤层瓦斯含量，m3/t；
a，b ——吸附常数；
p ——煤层绝对瓦斯压力，mpa；
ad ——煤的灰分，%；
mad ——煤的水分，%；
π——煤的孔隙率，%；
γ——煤的容重（视密度），t/m3；
通过现场测试、实验室试验、计算得出己16.17-23030工作面有关瓦斯基础参数，该工作面残存瓦斯含量最大为2.2m3/t，残存瓦斯压力最大为0.3mpa。

6.结论
经实测己16.17-23030工作面最大残存瓦斯含量为2.2m3/t，残存瓦斯压力为0.3mpa，远远低于区域预测的临界值瓦斯含量w﹤8m3/t，瓦斯压力p﹤0.74mpa，远远低于己三采区煤层始突瓦斯含量11.88m3/t和始突瓦斯压力1.18m3/t。

依据己16.17-23030工作面风巷、机巷、切眼瓦斯涌出量、煤样突出参数的统计、突出危险性预测指标统计结果、瓦斯动力现象，根据《防治煤与瓦斯突出规
定》第五十一条、第四十三条第（三）项规定，《煤矿安全规程》第一百九十三条规定。

己16.17-23030工作面保护层有效保护范围通过开采保护层消除了煤与瓦斯突出危险性，已由突出危险区域转化为非突出区域，为安全生产创造了有利条件。

三、建议
（1）在己16.17-23030采面生产过程中，应根据《防治煤与瓦斯突出规定》七十四条、第七十八条必须进行区域验证，工作面每推进50米连续预测两次，第一次预测允许推进25米，第二次预测允许推进25米。

只要有一次区域验证为有突出危险或预测钻孔等发现了突出预兆，则该区域以后的生产作业均应严格执行局部综合防突措施；
（2）己16.17-23030采面在回采过程中，应加强采面顶板支护和两巷超前支护，以防顶板冒落引发瓦斯事故；
（3）在己16.17-23030采面推进过程中，遇煤层赋存条件急剧变化时，发现突出预兆，则该区域以后的生产作业均应严格执行局部综合防突措施；
（4）在己16.17-23030采面推进过程中，要及时探明煤层厚度变化以及未揭露小型断层、褶曲等构造情况，做好瓦斯的质超前预报工作，确保生产安全；
（5）在己16.17-23030采面推进过程中，应严格按《防治煤与瓦斯突出规定》、《煤矿安全规程》要求完善各项安全防护措施。

（作者简介：张慧婷，平顶山天安煤业股份有限公司四矿职教
中心副主任，安全工程专业本科学历，工学学士助理讲师）参考文献：
1.俞启香，《矿井瓦斯防治》[m]徐州中国矿业大学出版社，1992
2.姚军朋，贾澄冰，张子敏等，近距离保护层开采瓦斯治理效果，煤炭科学技术，2008（1）
3.张宝春，保护层工作面瓦斯综合治理技术，煤矿安全，2007（12）月16-18
4.张士环，薄煤层开采作为保护层消突技术，煤矿安全术，2008（3）
【责编郭晓莉】。