17第十七章__防治煤与瓦斯突出的区域性措施.ppt

安全工程专业,,中国矿业大学安全工程学院煤矿瓦斯治理国家工程研究中心,矿井瓦斯防治,程远平王亮,第十七章防治煤与瓦斯突出的区域性措施,一、开采保护层二、采前预抽煤层瓦斯,一、开采保护层,（一）保护层开采区域性消突技术原理（二）保护层开采及卸压瓦斯抽采工作程序（三）保护层开采的保护范围、分类及判别方法（四）被保护层未保护区域的瓦斯治理（五）效果检验及保护范围考察方法,（一）保护层开采区域性消突技术原理,保护层是煤层群中的首采煤层，应首选瓦斯含量低或突出危险性相对较小的煤层，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层，如下图17-1所示。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称为上保护层。,（一）保护层开采区域性消突技术原理,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、裂隙场发生重新分布。在采空区顶底板内的一定范围内地应力降低，出现卸压效果，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，煤层瓦斯解吸流动加强，这是保护层开采技术应用的理论基础。保护层开采来防治煤与瓦斯突出的技术原理见图17-2所示。,（二）保护层开采及卸压瓦斯抽采工作程序,保护层开采及卸压瓦斯抽采工作程序如17-3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。,（三）保护层开采的保护范围、分类及判别方法,保护范围的划定沿倾向的保护范围在被保护层中，沿倾斜方向的保护范围可按卸压角划定，如图17-4所示。,（三）保护层开采的保护范围、分类及判别方法,表17-1保护层沿倾斜方向的卸压角,卸压角的大小与煤层倾角、煤系地层的岩石力学性质等因素有关，但主要取决于煤层倾角，应根据矿井实际考察结果确定其卸压角，也可参考表17-1的数据进行划分倾向被保护层工作面的保护范围边界。,（三）保护层开采的保护范围、分类及判别方法,保护范围的划定沿走向的保护范围,若保护层采煤工作面停采时间超过3个月且卸压比较充分，则该保护层采煤工作面对被保护层沿走向的保护范围对应于始采线、采止线及所留煤柱边缘位置的边界线可按卸压角δ556～60划定，如图17-5所示。,（三）保护层开采的保护范围、分类及判别方法,保护范围的划定最大保护垂距保护层与被保护层之间的最大保护垂距可参照表17-2选取。,表17-2保护层与被保护层之间的最大保护垂距,（三）保护层开采的保护范围、分类及判别方法,保护层开采分类及判别方法分类指标,在反映保护层厚度与层间垂距的相对层间距基础上，综合考虑煤层赋存条件、层间硬岩以及保护层工作面回采参数的影响，构建保护层的工程分类指标当量相对层间距。,（三）保护层开采的保护范围、分类及判别方法,保护层开采分类及判别方法保护层的分类及判别方法,表17-3下保护层开采分类情况表,综合目前已有的下保护层开采实践考察数据及上覆岩内冒落带、断裂带和弯曲带的发育情况，在上覆岩层内无巨厚火成岩等坚硬岩层的条件下，将当量相对层间距20和40作为下保护层分类的界限，则下保护层可分为近距离保护层、远距离保护层和超远距离保护层三类，见表17-3。,（三）保护层开采的保护范围、分类及判别方法,保护层开采分类及判别方法保护层的分类及判别方法,表17-4上保护层开采分类情况表,将当量相对层间距20和40作为上保护层分类的界限，则上保护层分成近距离保护层、远距离保护层和超远距离保护层三类，见表17-4所示。,（四）被保护层未保护区域的瓦斯治理,减小被保护层工作面中的未保护范围采用小煤柱护巷（区段煤柱宽度＜4m）或是沿空留巷技术开采保护层，可消除区段煤柱在被保护层上形成的未保护范围。淮南等矿区正在大力推广沿空留巷无煤柱保护层开采技术，有望实现被保护层在倾向上的连续卸压保护。采用保护范围的扩界技术，扩大卸压角，相应扩大保护层开采的保护范围，进而缩小或是消除被保护层工作面在走向上、倾向上的未保护范围。保护层采空区内不要随意留设煤柱，在无法避免煤柱留设的情况下应尽量减小留设煤柱的几何尺寸，以减小被保护层中的未保护范围。,（四）被保护层未保护区域的瓦斯治理,被保护层工作面中未获得保护范围的消突措施图17-6为淮北朱仙庄煤矿被保护层8煤层上的未保护范围瓦斯抽采钻孔的布置图。,（四）被保护层未保护区域的瓦斯治理,倾斜远距离下保护层开采同水平上被保护层的连续卸压保护,为全部保护到同水平的被保护煤层，在倾向上必须扩大保护层的开采范围，沿倾向延伸保护层的开采下限，保护层开采的下延深度以保护到同水平被保护层的开采下限为准，见图17-7所示。,（五）效果检验及保护范围考察方法,保护效果检验方法防突规定中规定，突出煤层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。开采保护层的保护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，也可以结合煤层的透气性系数变化率等辅助指标。当采用残余瓦斯压力、残余瓦斯含量检验时，应当根据实测的最大残余瓦斯压力或者最大残余瓦斯含量对预计被保护区域的保护效果进行判断。,（五）效果检验及保护范围考察方法,保护范围的考察方法,走向保护边界考察钻孔布置如图17-7所示保护范围的考察是对被保护层工作面实际的走向保护边界和倾向保护边界的考察，可以通过采用钻孔进行测定煤层瓦斯压力、含量及煤层变形量来获得，下面以下保护层开采为例，介绍保护范围的考察钻孔布置方法。,（五）效果检验及保护范围考察方法,保护范围的考察方法被保护层工作面倾向保护边界考察钻孔布置如图17-8所示,（五）效果检验及保护范围考察方法,效果检验指标的测量方法被保护层的膨胀变形测量,用深部基点法测定煤层顶底板的相对变形，进而可获得被保护层的绝对膨胀变形量，绝对膨胀变形量除以被保护层的厚度，便可得出被保护层的相对膨胀变形量。被保护层的相对膨胀变形量大于3‰，说明被保护层的保护效果较好。在煤层顶板及底板各安装一对钢楔固定深部基点，见图17-9,（五）效果检验及保护范围考察方法,效果检验指标的测量方法被保护层卸压瓦斯抽采量考察,被保护层卸压瓦斯抽采量考察包括三部分，分别为单个钻孔瓦斯抽采量、单个钻场瓦斯抽采量和被保护层工作面总的瓦斯抽采量。单个钻孔瓦斯抽采量和单个钻场瓦斯抽采量的考察可选择代表性的钻孔和钻场进行，在保护层工作面瓦斯抽采系统的总干管上安设瓦斯监测装置，考察总的瓦斯抽采量。,（五）效果检验及保护范围考察方法,效果检验指标的测量方法被保护层残余瓦斯含量的考察被保护层残余瓦数含量的考察包括直接测定法、间接测定法和煤层瓦斯抽采率反算法三种方法。被保护层工作面的瓦斯抽采率为保护层开采过程中被保护层工作面抽排瓦斯占瓦斯总储量的百分比，即,根据被保护层抽采率，可间接计算出被保护层的残余瓦斯含量，即,一、采前预抽煤层瓦斯,（一）预抽煤层区域性消突技术原理（二）穿层钻孔采前抽采工作程序（三）顺层钻孔采前抽采工作程序,（一）预抽煤层区域性消突技术原理,消突原理是通过向突出煤层内施工大量的密集钻孔使煤体形成局部卸压，同时抽采瓦斯释放其潜能，然后再经过较长时间（几个月到几十个月）的预抽煤层瓦斯进一步降低其瓦斯压力与瓦斯含量，并由此引发煤层收缩变形、地应力下降、透气性系数增高、瓦斯压力与瓦斯含量的降低和煤的坚固系数增加等变化，从而达到消除突出危险性的目的。预抽煤层瓦斯的钻孔布置分为三种形式，一是穿层钻孔预抽，二是穿层钻孔结合顺层钻孔预抽，三是全部为顺层钻孔预抽。预抽煤层瓦斯区域性消突技术原理见图17-10,（二）穿层钻孔采前抽采工作程序,从大的方面讲，预抽煤层瓦斯技术中穿层钻孔瓦斯抽采包括两大类，第一类为工作面煤体穿层钻孔瓦斯抽采，第二类为井巷揭煤穿层钻孔瓦斯抽采。,根据瓦斯抽采目的的不同，工作面煤体穿层钻孔瓦斯抽采分为对煤巷掘进条带的瓦斯抽采和对开采区域的瓦斯抽采两类，两类穿层钻孔的工作程序基本相同，工作面煤体穿层钻孔瓦斯抽采的工作程序如图17-11所示，工作程序包括准备阶段、实施阶段和效果检验验证三个阶段。,（二）穿层钻孔采前抽采工作程序,井巷揭煤穿层钻孔瓦斯抽采工作程序,在立井掘进和石门掘进过程中，遇煤层需进行揭煤作业。在对高瓦斯煤层或突出煤层揭煤之前，需对揭煤区域一定范围内的煤体进行区域防突措施，其技术措施主要是穿层钻孔的瓦斯抽采，井巷揭煤穿层钻孔瓦斯抽采工作程序如图17-12所示，可分为准备、实施和效果检验验证三个阶段。,（三）顺层钻孔采前抽采工作程序,在区域性防突措施中，涉及到顺层钻孔瓦斯抽采的包括三部分，其一为从工作面机巷、风巷内向开采区域施工上向和下向顺层钻孔，抽采开采区域煤层瓦斯；其二为从煤层浅部巷道施工下向顺层长钻孔，递进掩护，抽采深部煤巷掘进条带和工作面开采区域煤层瓦斯；其三为施工走向顺层长钻孔，抽采煤巷掘进条带内的瓦斯。,（三）顺层钻孔采前抽采工作程序,工作面上向和下向顺层钻孔采前抽采工作程序,在采用穿层钻孔或顺层钻孔抽采方法掩护工作面煤层巷道施工结束后，便可从机巷、风巷内向开采区域施工上向和下向顺层钻孔，抽采煤层瓦斯，消除其突出危险性。工作面上向和下向顺层钻孔采前抽采工作程序包括准备、实施、效果检验验证三个阶段，如图17-13所示。,（三）顺层钻孔采前抽采工作程序,递进掩护顺层长钻孔采前抽采工作程序递进掩护顺层长钻孔采前抽采工作程序包括准备、实施、效果检验验证三个阶段，如图17-14所示。,（三）顺层钻孔采前抽采工作程序,煤巷条带顺层长钻孔采前抽采工作程序,在煤层赋存比较稳定、适于施工走向顺层长钻孔的区域，煤巷条带顺层长钻孔瓦斯抽采方法可作为一种区域性措施掩护煤层巷道的安全掘进。煤巷条带顺层长钻孔采前抽采工作程序包括准备、实施、效果检验验证三个阶段，如图17-15所示。,