上保护层开采区域防突措施效果考察分析

陈才贤 苏 静 李文斌

(1.六盘水师范学院，贵州省六盘水市，553004；(2.贵州水城矿业(集团)有限责任公司，贵州省六盘水市，553004)



上保护层开采区域防突措施效果考察分析

陈才贤1苏 静1李文斌2

(1.六盘水师范学院，贵州省六盘水市，553004；(2.贵州水城矿业(集团)有限责任公司，贵州省六盘水市，553004)

为了有效考察区域防突措施效果，通过实测被保护煤层瓦斯压力、相对变形量、瓦斯流量及透气性变化等参数，分析了上保护层开采的有效性。结果表明，实施保护层开采后，被保护层煤层瓦斯压力已达到《防治煤与瓦斯突出规定》要求的安全开采范围，煤层的膨胀变形量达到13.6710-3，透气性增加到20.43 m2/(MPa2·d)，钻孔瓦斯流量增大到0.98 m3/min，上保护层开采的防突效果明显，确保了突出煤层安全生产。

煤与瓦斯突出 区域防突措施 上保护层 瓦斯压力 防突

随着煤矿逐步向深部开采，煤与瓦斯突出现象愈加频繁，已严重制约煤矿生产安全。《防治煤与瓦斯突出规定》要求：“区域防突措施应优先选择上保护层”。国内外大量实践经验表明，上保护层开采能极大改善被保护层的应力状态，使煤层产生塑性变形，卸压增透效果明显，大大降低了瓦斯含量，有效地控制了煤与瓦斯突出危险性。

盛远煤矿属于高突矿井，实施上保护层开采在技术上是可行的，但由于主采煤层承载能力较弱，且透气性低，卸压效果和瓦斯排放相对不利，需对该条件下的保护效果与参数、合理时空参数进行系统考察。

1 工程概况

盛远煤矿设计能力为90万t/a，采用平硐+斜井开拓方式，该矿设计以8#煤层作为上保护层先行开采，保护11#煤层，8#煤层与11#煤层之间垂距约33 m。

保护层40803工作面位于斜四采区东翼，距地表垂深平均355 m，走向长400 m，倾斜长118 m。主采8#煤层，煤层倾角为7°～11°，平均9°，煤厚为1.64～3.38 m，平均2.32 m，容重1.5 t/m3。

被保护层41113工作面走向长度370 m，倾斜长度145 m。主采11#煤层厚度在2.8 m左右，倾角8°～10°，含3～4层夹矸，瓦斯含量为15.78 m3/t，为煤与瓦斯突出煤层。

2 考察钻孔设置

距11#煤层法向距离约15 m，经运输下山掘进120 m布置专用考察巷，如图1所示。在专用考察巷内布置钻孔(X1～X4，Z1～Z4)考察保护层开采前后的瓦斯压力、钻孔(X5～X8，Z5～Z8)煤层相对膨胀变形、瓦斯流量及透气性变化情况。走向方向与倾斜方向钻孔布置如图2所示。

图1 专用考察巷布置图

3 保护效果考察

观测期间，由于测压孔通过裂隙与考察巷贯通，沿走向方向Z1～Z4测压孔在40803工作面未采过测压孔之前已提前降为零。受到封孔质量影响，沿倾斜方向X3、X4测压孔无数据，只有X1、X2测压孔有压力变化。

随着40803工作面推进，钻孔流量呈非线性变化。沿走向方向Z7、Z8孔的最大流量值分别增加了8倍和13倍；沿倾斜方向X5、X6孔的最大流量值分别增加了17.8倍和7.5倍。

为直观有效地分析8#煤层对11#煤层的保护效果，选取X1孔的压力值及X5孔的煤层相对膨胀变形量、瓦斯流量及透气性等参数拟合形成综合分析曲线图表，如表1和图3所示。由表1和图3可知，各参数的变化规律有明显的“三区”特征。

图2 考察钻孔布置图

表1 煤层各参数综合分析表

注：*指各带相对40803工作面水平距离与垂高的倍数

(1)原始应力区。该区位于保护层40803工作面前方55 m以外，相当于原岩应力状态，由于11#煤层未受到采动影响，顶底板无明显移动，煤层瓦斯压力为原始值，平均为2.5 MPa；煤层透气性较小，只有1.12 m2/(MPa2·d)，钻孔瓦斯流量很小，只有0.055 m3/min。

(2)集中应力区。该区位于保护层40803工作面前方30～55 m范围内。该范围内煤层应力明显高于原岩应力状态，受应力集中的影响，11#煤层瓦斯压力达到2.6 MPa，相比原始值高0.1 MPa。裂隙逐渐封闭，导致透气性进一步减低，只有0.75 m2/(MPa2·d)，且瓦斯流量随之减小到0.042 m3/min。

图3 煤层各参数变化规律

(3)卸压区。11#煤层开始卸压阶段出现在40803工作面前方30 m到工作面后方15 m范围内，在卸压带内，11#煤层膨胀变形增加到9.6210-3；透气性得到显著增加，最大为12.4 m2/MPa2·d，是初始透气性系数的11倍，裂隙开始扩张，瓦斯解析量逐步增大，流量值增加到0.87 m3/min，同时瓦斯压力大大降低，最低到0.8 MPa。

明显卸压阶段出现在40803工作面后方15～45 m范围内，11#煤层膨胀变形量达到峰值13.6710-3，超过了《防治煤与瓦斯突出规定》的有效膨胀变形6‰；煤层透气性急剧增加到20.43 m2/(MPa2·d)，是初始透气性系数的18.2倍；瓦斯放散速度显著增加，钻孔瓦斯流量最大达到0.98 m3/min，是卸压前钻孔瓦斯流量的17.8倍；同时，煤层瓦斯压力急剧下降直至到0.0 MPa，低于《防治煤与瓦斯突出规定》规定的0.74 MPa。上述结果表明，保护层40803回采工作面45 m以后，位于保护范围内的11#煤层的突出危险性已经消除，保护效果十分显著。

4 小结

(1)实施保护层开采后，11#煤层瓦斯压力已达到《防治煤与瓦斯突出规定》要求的安全开采范围。

(2)实施保护层开采后，被保护层11#煤层的膨胀变形量达到13.6710-3，煤层透气性增加到20.43 m2/(MPa2·d)，钻孔瓦斯流量增大到0.98 m3/min。

(3)通过综合参数考察分析表明，上保护层开采的防突效果明显，确保了突出煤层安全生产。

[1] 袁亮.我国深部煤与瓦斯共采战略思考[J].煤炭学报，2016(1)

[2] 国家安全生产监督管理总局，国家煤矿安全监察局.防治煤与瓦斯突出规定[S].北京：煤炭工业出版社，2009

[3] 杨军伟，艾德春，邱燕等. 近距离煤层群上保护层保护范围的数值模拟[J].中国煤炭，2016(9)

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(责任编辑 张艳华)

珠三角地区再下调煤炭消费总量

广东省发改委联合广东省经信委、广东省环保厅以及广东省统计局共同发布了《关于调整珠三角地区煤炭消费减量控制目标的通知》(以下简称《通知》)。《通知》要求，在“十三五”时期，珠三角地区的煤炭消费量相比2015年下降约12%，2017年消费总量控制在7514万t以内， 2020年控制在7006万t，占全省消费比重较2015年分别下降3%和6%。

而在此前出台的《广东省节能减排“十三五”规划》里，明确提出要在2020年全省能源消费总量控制在3.38亿t，能源消费结构里煤炭消费占比从2015年的40.5%下降到2020年的36.9%。

Investigation on regional outburst prevention effect with mining of upper protective seam extraction

Chen Caixian1, Su Jing1, Li Wenbin2

(1. Liupanshui Normal College，Liupanshui, Guizhou 553004, China；2.Guizhou Shuicheng Coal Mining Group Co., Ltd., Liupanshui Guizhou 553004, China)

In order to effectively investigate the regional outburst prevention effect, parameters such as residual gas pressure, relative deformation amount, gas flow amount and permeability of the protected seam were measured and the effectiveness of mining the protective seam was analyzed. The results showed that after the extraction of protective seam, the residual gas pressure of protected seam dropped to the range for safe mining specified in "Coal Mine Safety Regulations"; the relative deformation amount was 13.6710-3and the permeability was 20.43 m2/MPa2·d and the gas flow amount increased to 0.98 m3/min; effect of the upper protective seam mining was obvious, and ensured the safety production of outburst coal seam．

coal and gas outburst, regional outburst prevention measure, upper protective seam, residual gas pressure, outburst prevention

贵州省教育厅自然科学研究项目(黔教合KY字[2014]283号)，贵州省科学技术基金项目(黔科合J字LKLS[2013]03号)

陈才贤，苏静，李文斌．上保护层开采区域防突措施效果考察分析[J].中国煤炭，2017,43(5)：110-112. Chen Caixian，Su Jing，Li Wenbin. Investigation on regional outburst prevention effect with mining of upper protective seam extraction [J].China Coal, 2017，43(5):110-112.

TD713.3

A

陈才贤(1983-)，男，湖南郴州人，副教授，硕士，从事煤矿开采技术及岩石力学方面研究。