煤矿开采保护层效果考察

煤矿开采保护层效果考察

摘要：兴安煤矿采取了开采保护层区域防突措施，通过对开采保护层工作面三水平北21层三区四段的开采前后，三水平北18层三区五段、四水平北22层二三区一段煤层瓦斯基本参数的变化对比，论证了21号煤层对18号煤层和22号煤层的保护效果。关键词：保护层参数指标效果考察

一、概况

1、矿井概况

兴安矿位于鹤岗煤田南部，在小鹤立河下游河床、河谷及东岸的丘陵地带。距鹤岗市区约12公里，北部与富力矿交界；南部以峻德矿交界；西部以煤质地层基盘为界，东部以3号煤层-700m底板等高线在地表水平投影为界，兴安井田走向长4.6公里，倾斜宽4.6公里，面积21平方公里。由于开拓和生产水平加深，瓦斯涌出量随之增大，地质构造越来越复杂，从2002年7月至2004年11月共发生五起煤与瓦斯动力现象，兴安煤矿2005年3月10日经煤科总院抚顺分院鉴定为煤与瓦斯突出矿井，17、18和22煤层为突出煤层，在-290m标高以下的采掘作业活动中必须采取区域和局部综合防突措施。

2、采区概况

本工作面走向270米，倾斜长平均69米，总煤厚为6.5米左右，于2014年10月20日开采一分层，采高2.8米，可采储量7.3万吨，现已采出165米，剩余走向105米。本层距上覆18层层间距在25米左右，距下伏22层煤层间距在20米左右。本区上覆18层未采完，

下伏22层未开采。

二、煤层瓦斯参数及突出危险性

兴安煤矿18#煤层、22 #煤层为煤与瓦斯突出煤层。18#突出煤层始突标高为－290ｍ，2002年7月 22日4时10分，兴安矿在施工三水平南四五层一区探断层巷，发生突出。涌出瓦斯量600m3,突出煤量35t，经煤炭科学研究总院抚顺分院瓦斯实验室鉴定，18号煤层原始瓦斯压力P=0.84Mpa，原始瓦斯含量W=8.2040 m3/t, 透气性系数λ=1.056m2/MPa2.d，瓦斯放散初速度△P=18.47mmHg，煤的坚固性系数f=0.82，相关参数指标超过临界值，具有突出危险性，因此，兴安矿18煤层在采掘作业过程中必须采取综合防突措施。

22 #突出煤层始突标高为－384ｍ，2002年11月25日9时50分，在兴安矿四水平一分段-385m标高机道石门发生突出，涌出瓦斯量1835m3，突出煤和岩石15t，经煤炭科学研究总院抚顺分院瓦斯实验室鉴定，22号煤层原始瓦斯压力P=2.18Mpa，原始瓦斯含量W=8.452 m3/t, 透气性系数λ=0.131m2/MPa2.d，瓦斯放散初速度△P=4.68mmHg，煤的坚固性系数f=0.61，相关参数指标超过临界值，具有突出危险性，因此，兴安矿22煤层在采掘作业过程中必须采取综合防突措施。

三、保护层开采设计

21煤层平均煤层厚度为6.5m，本层距下覆煤层22层其层间距南薄北厚，在20米左右，属于近距离上保护层开采类型，上伏18#煤层，其层间距南薄北厚，在25米左右，属于近距离

下保护层开采类型。

1、保护层工作面位置、范围

本区位于三水平北21层三区四段，本工作面走向270米，倾斜长平均69米，总煤厚为6.5米左右，于2014年10月20日开采一分层，采高2.8米，可采储量7.3万吨，现已回采结束。

2、21层通风系统：

（1）、采区及工作面入、回风系统。

入、回风系统：三水平北一石门→三水平北21层三区四段机道→工作面→三水平北21层三区四段轨道→一部分由轨道回风石门→三水平北六层一区轨道上山→二水平总排→中七D1、3号井→地面；另一部分由三水平北21层一区四段尾巷→三水平北六层四区轨道上山→三水平北七D南、北井。

（2）、专用回风巷情况

（1）三水平北21层三区四段尾巷；

（2）三水平北21层三区四段尾巷回风石门；

（3）三水平北六层四区上山；

（3）、主要入、回风巷道情状况

各部分巷道无失修，且巷道断面均达到通风要求，可以保证正常入回风。

四、21工作面开采对18工作面保护效果分析

21煤层在本区平均厚度6.5m，与18煤层层间距平均为25m 左右，属于近距离下保护层开采类型。该煤层在本区赋存较稳定，21与18煤层层间岩层以细砂岩为主，21煤层作为18煤层的下

保护层先期开采后，必然对上部18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。

1、下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。确定上保护层的最大保护垂距、有效保护范围和保护煤量，可以采用如下方法确定。

(1) 根据《防治煤与瓦斯突出规定》，缓倾斜和倾斜上保护层开采的有效垂距为小于50m。

表1 保护层与被保护层之间的最大保护垂距

煤层类别最大保护垂距∕m

上保护层下保护层

急倾斜煤层<60 <80

缓倾斜和倾斜煤层<50 <100

21煤层距上覆煤层18层其层间距南薄北厚，在25米左右符合《防治煤与瓦斯突出规定》所规定。

(2) 有效保护范围和保护煤量的计算

保护层：三水平北21层三区四段，

采区要素：260×67=17420㎡

被保护层：三水平北18层三区五段，

采区要素：255×75=19125㎡

21层作为18层煤的下保护层，倾角10°，平均层间距25米，根据防突规定计算保护范围：

倾斜方向卸压角δ1、δ2定为77°、83°，倾斜方向保护范围：67－25/tan77°－25/tan83°=60.2m；

走向方向卸压角δ5定为60°，走向方向保护范围：260－2×25/tan60°=231m；

保护层有效保护范围：231×60.2=13906㎡

保护煤量：231×60.2×4.5×1.4=87609t。

现三水平北21层三区四段已经全部开采完，已将三水平北18层三区五段煤层解放。

五、21工作面开采对22工作面保护效果分析

21煤层在本区平均厚度6.5m，与22煤层层间距平均为20m 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，21与22煤层层间岩层以细砂岩为主，21煤层作为22煤层的上保护层先期开采后，必然对下部22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。

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。确定上保护层的最大保护垂距、有效保护范围和保护煤量，可以采用如下方法确定。

(1) 根据《防治煤与瓦斯突出规定》，缓倾斜和倾斜上保护