煤炭開采保護層與被保護層保護效果分析
2008-12-31 00:00:00閆立映程念東
現代商貿工業 2008年10期
摘 要：通過對開采14125保護層工作面前后，14124煤層各種參數的變化對比，論證了5槽煤層對4槽煤層的保護效果。
關鍵詞：保護層；效果分析
中圖分類號：TU文獻標識碼：A文章編號：1672-3198（2008）10-0377-02
1 B4煤層瓦斯及突出危險性
西二采區4-1煤層瓦斯含量5.01m3/t，瓦斯壓力1.2MPa（重慶分院實測）。從建井期間揭煤情況看，4-1煤層具有較為嚴重突出危險性，建礦以來4-1煤層突出10次，1987年西二運輸石門揭煤突出煤量1576t，瓦斯 22000m3，這次突出是全淮南礦區突出強度最大的一次。投產以來多次石門揭露4-1煤層，均采取了卸壓排放鉆孔、遠距離放炮等專項治理措施才確保安全施工。西二-370m石門1993年揭B4煤層之前曾進行了打鉆測壓，突出指標ΔＰ＝10，Ｐ＝1.0MP，Ｋ=18.5，Ｄ=0.61，為突出危險區。采取排放鉆孔措施揭穿煤層后，各項指標均降至臨界值以下，具體為：f=0.72，ΔＰ=9.5，Ｋ=13.19。
2 上保護層開采設計
西二B組采區B5煤層平均厚度為1.3m，與B4煤層層間距為6～11m左右，平均8.3m，屬于近距離上保護層開采類型。
2.1 保護層與被保護層工作面回采巷道布置
B4煤層西翼一階段(即14124)和上保護層B5煤層一階段(即14125)上風巷由西二回風付石門施工B5提料斜巷至西進風井煤柱標高，與西二回風石門相透，形成進回風系統。14124下順槽由B4煤層下山直接向西施工，14125下順槽由B4煤層下山施工進風斜巷至B5下順槽標高。該塊段14125上風巷與14124上風巷平距外錯2m，14125下順槽與14124下順槽平距外錯7m，14125始采線、終采線與14124外錯平距為10m。西二采區B5煤層一階段14125工作面設計上風巷長545m，下順槽長601m，傾斜寬150m，預計在保護范圍內的B4煤層一階段14124工作面走向525m，傾斜寬140m。工作面布置見下圖。
2.2 B4煤層底板巷道布置
從西二B組采區B4煤層底板通風上山-411m標高處開始，在14124工作面中部的B4煤層底板砂巖中布置一條14124底板抽排巷，巖巷到B4煤層底板的垂距為23～25m，長度597m。底板抽排巷采用斷面為2.4×2.4m的直墻半圓拱，錨噴支護。
從14124工作面采止線正下方開始，在底板抽排巷兩幫布置鉆場。鉆場間距30m，鉆場長 寬 高=2×3×2m，采用錨噴支護，共設計15組鉆場，由東向西編號依次為1#～15#。
3 14125工作面開采對14124工作面保護效果分析
B5煤層在本區平均厚度1.3m，與B4煤層層間距平均為8.3m左右，屬于近距離上保護層開采類型。該煤層在本區賦存較穩定，B5與B4煤層層間巖層以砂巖為主，其次為砂頁巖和頁巖。B5煤層作為B4煤層的上保護層先期開采后，必然對上部B4煤層的瓦斯、地應力起到一定程度的卸壓作用，進而使煤層的突出危險性得以減弱乃至消除。
3.1 上保護層保護作用的理論分析
保護層的保護作用隨層間距的增大而減小，達到某一臨界距離時，保護作用消失。確定上保護層的有效層間距，可以采用如下三種方法確定。
(1) 根據《防治煤與瓦斯突出細則》的推薦，緩傾斜和傾斜上保護層開采的有效垂距為小于50m。
(2) 根據保護層厚度、頂板管理方法、回采工作面長度和開采深度等因素，按如下公式確定上保護層開采的有效垂距：
S上= h上β1β2
式中：S上-上保護層的最大有效層間垂距，m；
h上-上保護層的理論有效層間垂距，m，它與工作面長度a和開采深度H有關，當a＞0.3h時，則取a=0.3h，但a不得大于250m；
β1-保護層開采影響系數，當M≤mo時，β1=M/ mo，當M＞mo時，β1=1；
M-保護層開采厚度，m；
mo-開采保護層的最小有效厚度，m；
β2-層間硬巖（砂巖、石灰巖）含量系數，以η表示硬巖在層間巖石中所占的百分比，η≥50%時，β2=1-（0.4η/100），η＜50%時，β2=1。
按照這一方法的計算公式計算得出的14125工作面上保護層開采的有效保護垂距為58m。
(3) 保護層的保護作用不僅與層間距離有關，而且與保護層的開采厚度有關。因此，在討論保護作用時，應把保護層厚度與層間垂距結合起來考慮，引入相對層間距離的概念，即層間垂距與采高的比值R=h/m。相對層間距越小，保護作用越充分，反之亦然。
保護層開采的實踐經驗表明：開采上保護層的相對層間距R＜75時，被保護層從未發生過突出。因此，可以把上保護層開采時相對層間距R＜75作為選擇保護層的一個依據。對于14124工作面，B5煤層距B4煤層8.3m，R=h/m=6.4。因此，B5煤層與B4煤層的間距遠小于上保護層開采的最大有效層間距50m，且其R值亦遠小于75，說明B5煤層開采后，將對B4煤層產生非常好的保護效果。
3.2 B5保護層開采的保護效果分析
通過對B5煤層開采后B4煤層的各項參數包括煤層瓦斯壓力、鉆孔瓦斯流量、煤層透氣性、煤層相對變形等的觀測，在上保護層首采的14125工作面開采前后，B4突出煤層的煤層瓦斯壓力、瓦斯流量、煤層透氣性、煤層相對變形和瓦斯抽放量等參數發生了明顯的變化。各參數的變化具有一定的內在聯系，從不同的角度反映了B5煤層的開采對B4煤層的保護作用。（見下表1）
從以上分析可以看出，B5煤層開采后，在B5煤層14125工作面后方25m以遠（即3.0倍層間距以上），B4煤層瓦斯壓力急劇下降到了0.2MPa，低于《防治煤與瓦斯突出細則》規定的0.74MPa；B4煤層膨脹變形達到最大值34.1×10-3，遠遠超過了6‰；煤層透氣性增加到21.1m2/MPa2#8226;d，是原始透氣性系數的626倍；鉆孔瓦斯流量最大達到0.09m3/min，是卸壓前鉆孔瓦斯流量的45倍。上述多種參數充分說明：B5煤層14125回采工作面相對于B4煤層掘進工作面的合理超前距為不小于30m，在B5煤層14125工作面30m以后，位于保護范圍內的4煤層突出危險性已經消除，保護效果十分顯著。
參考文獻
［1］袁亮．松軟低透煤層群瓦斯抽采理論與技術［M］．北京：煤炭工業出版社，2004.
［2］ 中華人民共和國煤炭工業部．防治煤和瓦斯突出細則［M］．北京：煤炭工業出版社，2005.
