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煤炭开采保护层与被保护层保护效果分析 摘 要通过对开采14125保护层工作面前后，14124煤层各种参数的变化对比，论证了5槽煤层对4槽煤层的保护效果。关键词保护层；效果分析 1 B4煤层瓦斯及突出危险性 西二采区4-1煤层瓦斯含量5.01m3/t，瓦斯压力1.2MPa（重庆分院实测）。从建井期间揭煤情况看，4-1煤层具有较为严重突出危险性，建矿以来4-1煤层突出10次，1987年西二运输石门揭煤突出煤量1576t，瓦斯 22000m3，这次突出是全淮南矿区突出强度最大的一次。投产以来多次石门揭露4-1煤层，均采取了卸压排放钻孔、远距离放炮等专项治理措施才确保安全施工。西二-370m石门1993年揭B4煤层之前曾进行了打钻测压，突出指标ΔＰ＝10，Ｐ＝1.0MP，Ｋ18.5，Ｄ0.61，为突出危险区。采取排放钻孔措施揭穿煤层后，各项指标均降至临界值以下，具体为f0.72，ΔＰ9.5，Ｋ13.19。 2 上保护层开采设计 西二B组采区B5煤层平均厚度为1.3m，与B4煤层层间距为6～11m左右，平均8.3m，属于近距离上保护层开采类型。 2.1 保护层与被保护层工作面回采巷道布置 B4煤层西翼一阶段即14124和上保护层B5煤层一阶段即14125上风巷由西二回风付石门施工B5提料斜巷至西进风井煤柱标高，与西二回风石门相透，形成进回风系统。14124下顺槽由B4煤层下山直接向西施工，14125下顺槽由B4煤层下山施工进风斜巷至B5下顺槽标高。该块段14125上风巷与14124上风巷平距外错2m，14125下顺槽与14124下顺槽平距外错7m，14125始采线、终采线与14124外错平距为10m。西二采区B5煤层一阶段14125工作面设计上风巷长545m，下顺槽长601m，倾斜宽150m，预计在保护范围内的B4煤层一阶段14124工作面走向525m，倾斜宽140m。工作面布置见下图。 2.2 B4煤层底板巷道布置 从西二B组采区B4煤层底板通风上山-411m标高处开始，在14124工作面中部的B4煤层底板砂岩中布置一条14124底板抽排巷，岩巷到B4煤层底板的垂距为23～25m，长度597m。底板抽排巷采用断面为2.42.4m的直墙半圆拱，锚喷支护。 从14124工作面采止线正下方开始，在底板抽排巷两帮布置钻场。钻场间距30m，钻场长 宽 高232m，采用锚喷支护，共设计15组钻场，由东向西编号依次为1～15。 3 14125工作面开采对14124工作面保护效果分析 B5煤层在本区平均厚度1.3m，与B4煤层层间距平均为8.3m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，B5与B4煤层层间岩层以砂岩为主，其次为砂页岩和页岩。B5煤层作为B4煤层的上保护层先期开采后，必然对上部B4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。 3.1 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。确定上保护层的有效层间距，可以采用如下三种方法确定。 1 根据防治煤与瓦斯突出细则的推荐，缓倾斜和倾斜上保护层开采的有效垂距为小于50m。 2 根据保护层厚度、顶板管理方法、回采工作面长度和开采深度等因素，按如下公式确定上保护层开采的有效垂距 S上 h上β1β2 式中S上-上保护层的最大有效层间垂距，m； h上-上保护层的理论有效层间垂距，m，它与工作面长度a和开采深度H有关，当a＞0.3h时，则取a0.3h，但a不得大于250m； β1-保护层开采影响系数，当M≤mo时，β1M/ mo，当M＞mo时，β11； M-保护层开采厚度，m； mo-开采保护层的最小有效厚度，m； β2-层间硬岩（砂岩、石灰岩）含量系数，以η表示硬岩在层间岩石中所占的百分比，η≥50时，β21-（0.4η/100），η＜50时，β21。 按照这一方法的计算公式计算得出的14125工作面上保护层开采的有效保护垂距为58m。 3 保护层的保护作用不仅与层间距离有关，而且与保护层的开采厚度有关。因此，在讨论保护作用时，应把保护层厚度与层间垂距结合起来考虑，引入相对层间距离的概念，即层间垂距与采高的比值Rh/m。相对层间距越小，保护作用越充分，反之亦然。 保护层开采的实践经验表明开采上保护层的相对层间距R＜75时，被保护层从未发生过突出。因此，可以把上保护层开采时相对层间距R＜75作为选择保护层的一个依据。对于14124工作面，B5煤层距B4煤层8.3m，Rh/m6.4。因此，B5煤层与B4煤层的间距远小于上保护层开采的最大有效层间距50m，且其R值亦远小于75，说明B5煤层开采后，将对B4煤层产生非常好的保护效果。 3.2 B5保护层开采的保护效果分析 通过对B5煤层开采后B4煤层的各项参数包括煤层瓦斯压力、钻孔瓦斯流量、煤层透气性、煤层相对变形等的观测，在上保护层首采的14125工作面开采前后，B4突出煤层的煤层瓦斯压力、瓦斯流量、煤层透气性、煤层相对变形和瓦斯抽放量等参数发生了明显的变化。各参数的变化具有一定的内在联系，从不同的角度反映了B5煤层的开采对B4煤层的保护作用。（见下表1） 从以上分析可以看出，B5煤层开采后，在B5煤层14125工作面后方25m以远（即3.0倍层间距以上），B4煤层瓦斯压力急剧下降到了0.2MPa，低于防治煤与瓦斯突出细则规定的0.74MPa；B4煤层膨胀变形达到最大值34.110-3，远远超过了6‰；煤层透气性增加到21.1m2/MPa2d，是原始透气性系数的626倍；钻孔瓦斯流量最大达到0.09m3/min，是卸压前钻孔瓦斯流量的45倍。上述多种参数充分说明B5煤层14125回采工作面相对于B4煤层掘进工作面的合理超前距为不小于30m，在B5煤层14125工作面30m以后，位于保护范围内的4煤层突出危险性已经消除，保护效果十分显著。 参考文献 ［1］袁亮．松软低透煤层群瓦斯抽采理论与技术［M］．北京煤炭工业出版社，2004. ［2］ 中华人民共和国煤炭工业部．防治煤和瓦斯突出细则［M］．北京煤炭工业出版社,2005.
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