保護層采面防突效果評價分析

摘要：針對近距離保護層開采后被保護層消突效果進行研究，以己16-23030被保護層工作面為例，采用了殘余瓦斯壓力、殘余瓦斯含量、被保護層煤層厚度變形情況，開采保護層與未開采保護層工作面瓦斯參數變化情況。分析結果表明：已由突出危險區域轉化為非突出區域，開采保護層消除了煤與瓦斯的突出危險性，為安全生產創造了有利條件。

關鍵字：保護層；防突；評價

隨著機械化程度的不斷提高，開采強度不斷加大，礦井開采不斷向深部延伸，礦井瓦斯涌出量不斷增大。尤其是礦井的己三采區，被保護層己16.17煤層實測最大瓦斯壓力為1.1MPa，最大瓦斯含量為11.25m3/t，瓦斯含量越來越大，煤與瓦斯突出日益嚴重。采取開采保護層措施防治煤與瓦斯突出要比采取局部防突措施不僅成本低得多，而且安全性和可靠性強得多。所以，國內外開采煤層群礦井都廣泛應用開采保護層作為防突首選措施，開采保護層是迄今為止防突最有效、最經濟的的根本措施。

一、工作面基本概況

己16.17-23030工作面位于己三東翼上部，上、下階段己16.17煤層均未回采，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），西為己三皮帶和軌道下山，東距二、四礦井田邊界410m。上覆己15-23030采面開采保護層于2002年5月回采結束；己15-23050采面開采保護層于2005年10月回采結束。己16.17-23030工作面在己15-23030、己15-23050保護層有效保護范圍內。

二、己16.17-23030工作面防突效果分析

1.采區其它工作面開采保護層效果

己16.17-23060工作面位于己三采區西翼中上部，為己三采區被保護層開采首個工作面，該工作面保護層開采后被保護層原始瓦斯壓力由1.1MPa降到0.12MPa，煤層瓦斯含量由原始瓦斯含量11.25m3/t降到2.83m3/t。保護層開采后被保護層瓦斯壓力下降了91%，瓦斯含量下降了75%。被保護層煤層原始透氣性系數增加546倍，煤層發生膨脹變形，煤體硬度增大；煤層由低透氣性煤層變為高透氣性煤層，由較難抽放煤層變為容易抽放煤層，消除了煤與瓦斯突出危險性，解決了煤與瓦斯突出問題。

2.煤樣突出參數的變化

大量的試驗考察結果證明，瓦斯突出參數（△P、f值）對于同一礦區、同一煤層來說，其數值特征主要取決于煤體的破壞程度。隨著煤體破壞程度的升高，f值減小，△P值增加。k值反映工作面突出危險性的綜合指標，為△P與f比值。己16.17-23030掘進期間每隔一段距離取一次煤樣進行化驗分析，考察分析保護范圍與非保護范圍△P、f、k值的變化情況。己16.17-23030掘進期間共取煤樣15次，△P超標2次，f值超標7次，k值超標8次，保護層保護范圍內△P超標1次，f值超標2次，k值超標1次。根據以上情況分析非保護區范圍內己16.17-23030機風兩巷外圍工程掘進期間所取煤樣△P、f、k值經常出現超標現象。進入保護層區內己16.17-23030機風巷掘進期間所取煤樣△P、f、k值很少出現超標現象，說明煤體強度增大，突出危險性明顯降低。

3.防突測試指標變化

根據多年采掘工作面的實踐及己16.17煤層揮發分指標等，己16.17—23030工作面風巷、機巷、切眼均采用復合指標法鉆孔瓦斯涌出初速度q、鉆屑量S進行突出危險性預測和效果檢驗，q值臨界值為4.0L/min，S值臨界值為6.0kg/m。風巷以及外圍工程794m預測（效檢）指標q值最大2.8L/min，S值最大4.1kg/m，機巷以及外圍工程655m，掘進期間預測（效檢）指標q值最大2.6L/min，S值最大4.2kg/m，切眼195m，掘進時間期間預測（效檢）指標q值最大0.9L/min，S值最大4.0kg/m，均未出現效檢指標超標現象。

4.己16.17-23030工作面瓦斯動力現象分析

（1）外圍工程：己16－23030機風兩巷在己三采區下山煤柱保護線內掘進時，處在應力集中區域內，動力現象明顯，突出危險性較大。進入保護層范圍后夾鉆、頂鉆、塌孔現象明顯降低，未見噴孔、煤炮聲等異常現象。

（2）保護范圍內：在己16.17-23030工作面被保護開采范圍內的巷道掘進過程中，機風兩巷以及切眼掘進過程中，回風流瓦斯濃度0.１～0.2%之間，預測指標q值最大1.8L/min，S值最大4.2kg/m，從未發生過瓦斯動力現象，無噴孔、頂鉆、響煤炮等異常現象。

（3）采空區內留有煤柱：己15-23030工作面開采保護層時由于斷層影響，己15-23030跳眼采空區內留有煤柱，己16.17-23030風巷掘至此處時，突出危險性較嚴重。為實現集團提出的“不掘突出頭，不采突出面”的目標，己16.17-23030工作面提前拐切眼，整個切眼在己15煤層保護范圍內。

5.殘余瓦斯壓力和瓦斯含量的測定

（1）殘余瓦斯壓力測定

為準確測定己16.17-23030工作面殘余瓦斯壓力和瓦斯含量，由瓦斯研究所沿機巷走向共布置六個測壓孔，其中1#、2#測壓孔布置在23030機巷距機巷口180m、190m處；3#、4#測壓孔布置在距機巷口400m、410m處；5#、6#測壓孔布置在距機巷口580m、590m處；沿煤層傾向施工，進行殘存瓦斯壓力、殘存瓦斯含量測定。

以時間（d）為橫坐標，瓦斯壓力（MPa）為縱坐標的坐標圖上，當觀測時間達到規定，如壓力變化在3d內小于0.015MPa，測壓工作即可結束，否則延長測壓時間。測壓地點以最高瓦斯壓力測定值作為測試結果，鉆孔瓦斯壓力變化曲線見圖2-1、圖2-2、圖2-3所示。

1#、2#孔封孔后壓力為0.06MPa，1#孔經過一段時間最大瓦斯壓力穩定在0.15MPa，2#孔最大瓦斯壓力穩定在0.2MPa；3#孔封孔后壓力為0.06MPa，經過一段時間最大瓦斯壓力穩定在0.18MPa，4#孔封孔后壓力為0.05MPa，最大瓦斯壓力穩定在0.15MPa；5#、6#孔封孔后壓力為0.05MPa，5#孔經過一段時間最大瓦斯壓力穩定在0.2MPa，6#孔最大瓦斯壓力穩定在0.15MPa。

（2）殘余瓦斯含量的測定

煤層瓦斯含量是指單位體積或重量的煤體中所含有的瓦斯量（換算成標準狀態），常用m3/t或mL/g作為計量單位。按MT/T638規定測定瓦斯壓力等參數后可根據下式（依據AQ1026-2006）計算出煤層瓦斯含量：

w ——煤層瓦斯含量，m3/t；

a，b ——吸附常數；

p ——煤層絕對瓦斯壓力，MPa；

Ad ——煤的灰分，%；

Mad ——煤的水分，%；

π ——煤的孔隙率，%；

γ ——煤的容重（視密度），t/m3；

通過現場測試、實驗室試驗、計算得出己16.17-23030工作面有關瓦斯基礎參數，該工作面殘存瓦斯含量最大為2.2m3/t，殘存瓦斯壓力最大為0.3MPa。

6.結論

經實測己16.17-23030工作面最大殘存瓦斯含量為2.2m3/t，殘存瓦斯壓力為0.3MPa，遠遠低于區域預測的臨界值瓦斯含量W﹤8m3/t，瓦斯壓力P﹤0.74MPa，遠遠低于己三采區煤層始突瓦斯含量11.88m3/t和始突瓦斯壓力1.18m3/t。依據己16.17-23030工作面風巷、機巷、切眼瓦斯涌出量、煤樣突出參數的統計、突出危險性預測指標統計結果、瓦斯動力現象，根據《防治煤與瓦斯突出規定》第五十一條、第四十三條第（三）項規定，《煤礦安全規程》第一百九十三條規定。己16.17-23030工作面保護層有效保護范圍通過開采保護層消除了煤與瓦斯突出危險性，已由突出危險區域轉化為非突出區域，為安全生產創造了有利條件。

三、建議

（1）在己16.17-23030采面生產過程中，應根據《防治煤與瓦斯突出規定》七十四條、第七十八條必須進行區域驗證，工作面每推進50米連續預測兩次，第一次預測允許推進25米，第二次預測允許推進25米。只要有一次區域驗證為有突出危險或預測鉆孔等發現了突出預兆，則該區域以后的生產作業均應嚴格執行局部綜合防突措施；

（2）己16.17-23030采面在回采過程中，應加強采面頂板支護和兩巷超前支護，以防頂板冒落引發瓦斯事故；

（3）在己16.17-23030采面推進過程中，遇煤層賦存條件急劇變化時，發現突出預兆，則該區域以后的生產作業均應嚴格執行局部綜合防突措施；

（4）在己16.17-23030采面推進過程中，要及時探明煤層厚度變化以及未揭露小型斷層、褶曲等構造情況，做好瓦斯的質超前預報工作，確保生產安全；

（5）在己16.17-23030采面推進過程中，應嚴格按《防治煤與瓦斯突出規定》、《煤礦安全規程》要求完善各項安全防護措施。

（作者簡介：張慧婷，平頂山天安煤業股份有限公司四礦職教中心副主任，安全工程專業本科學歷，工學學士 助理講師）

參考文獻：

1.俞啟香，《礦井瓦斯防治》[M]徐州中國礦業大學出版社，1992

2.姚軍朋，賈澄冰，張子敏等，近距離保護層開采瓦斯治理效果，煤炭科學技術，2008（1）

3.張寶春，保護層工作面瓦斯綜合治理技術，煤礦安全，2007（12）月16-18

4.張士環，薄煤層開采作為保護層消突技術，煤礦安全術，2008（3）

【責編 郭曉莉】