恒大煤矿2266 综放工作面下保护层开采效果研究

耿辉

（阜新矿业（集团） 有限责任公司 恒大煤矿，辽宁 阜新 123000）

保护层开采是防治煤与瓦斯突出最有效、最经济的措施[1-4]，保护层开采后围岩及煤层向采空区方向发生位移，并引起应力重新分布，使得采空区上下方煤岩体的应力降低，原有裂隙逐渐扩大，进而导致煤岩体渗透能力和透气性增加，提高瓦斯解吸能力和排放强度[5-7]，从而使被保护层卸压、瓦斯压力和瓦斯含量下降，最终达到突出危险性降低或消除的目的。

1 概 况

1.1 2266 工作面概况

阜新矿业（集团） 有限责任公司恒大煤矿2266 工作面开采煤层为孙家湾煤层，周围采面均已开采，该工作面开采孙家湾层煤柱区，圈定的开采面积为480×100=48 000 m2，煤层平均厚度为10 m，工作面长度100 m，圈定地质储量为66.7 万t，可采储量为61 万t，工作面呈仰斜开采，倾角1°，工作面倾角11°，孙家湾煤层与太下煤层间距为80~120 m。

孙家湾煤层顶板0.5~0.9 m 为粉砂岩，其上部为孙家湾1-1 煤层，厚度0.2 ~0.3 m，上部有0.6~1.2 m 的粉砂岩、页岩，再向上有0.1 ~0.2 m 薄煤层。老顶以粉砂岩和细砂岩为主，有薄层中砂岩和砂砾岩。孙家湾煤层底部18~23 m 为细砂岩和中砂岩、砾岩组成，其下为孙下1 煤层，厚度0~1.0 m。孙下1 煤层底部11 ~ 14 m 以细砂岩为主，中间夹有砾岩。其下为孙下2 煤层，厚度0 ~ 1.6 m。孙1、2 煤层赋存不稳定，在2266 采终线东北侧80 m 煤层尖灭。

1.2 工作面范围与邻区及地表的关系

2266 工作面位于125 采区北侧（原121 采区内）。其北侧为2112 采空区，南侧2114 采空区，西侧为井田境界线，东侧为2118 采空区。地表有水塘及养殖大棚和大棚住宅，其他为农田，地表标高在+153—+177 m。

1.3 区域内煤岩层产状和地质构造

该工作面巷道在孙下1 煤层与孙家湾煤层中间岩石穿层施工至孙家湾煤层后，沿孙家湾煤层施工运输顺槽及回风顺槽，孙家湾煤层产状，走向N13°W，倾向SE 倾角8°~11°，根据2266 工作面掘进期间实践，工作面内无地质构，如图1所示。

图1 2266 工作面平面Fig.1 The plane of No.2266 Face

1.4 邻近工作面煤层厚度、结构及其变化规律

根据已回采2112、2113、2114 工作面揭露煤层实见点参数分析，孙家湾煤层由孙家湾1 层和孙家湾2 层构成，孙家湾1 煤层厚3.0~5.0 m，孙家湾2 煤层厚4.5~6.4 m，分组夹石厚度0.1~1.7 m，岩性为粉砂岩、泥质粉砂岩、泥岩为主。其下覆为开采153 采区太下煤层5331 综采工作面、5331 下覆综放工作面、5333 综采工作面、5333 下覆综放工作面及5368 综放工作面，太下煤层平均采厚为15 m。邻近工作面与2266 工作面属向斜构造一翼，煤层坡度与临近工作面大致一样（工作面坡度10°） 工作面两顺呈近水平布置。

1.5 工作面煤层下沉分析结果

1.5.1 2266 运输顺槽下沉预计

2266 工作面与2112 工作面、2113 工作面、2114 工作面是开采同一煤层（孙家湾煤层），通过2266 运顺工作面揭煤后实测巷道煤层底板标高与2113 运输顺槽、2114 回风顺槽巷道煤层底板标高相比较，按2113 运输顺槽巷道煤层底板标高与2114 回风顺槽巷道煤层底板标高推算2266 运输顺槽预计巷道煤层底板标高与现巷道实际测量煤层底板标高比较后推算下沉值为6.2~8.3 m。

1.5.2 2266 回风顺槽下沉预计

通过2266 回顺工作面揭煤后实测巷道煤层底板标高与2112 运输顺槽、2113 回风顺槽巷道煤层底板标高相比较，按2112 运输顺槽巷道煤层底板标高与2113 回风顺槽巷道煤层底板标高推算2266回风顺槽预计巷道煤层底板标高与现巷道实际测量煤层底板标高比较后推算下沉值为8.2~10.2 m[8-10]，如图2 所示。

图2 2266 工作面顺槽剖面图Fig.2 The cross section diagram of No.2266 Face

2 工作面瓦斯参数测定

工作面瓦斯参数测定的方法，严格按照《防治煤与瓦斯突出细则》和《煤矿瓦斯抽采达标暂行规定》的要求执行，主要测定煤层瓦斯压力和瓦斯含量等参数[11]。

2.1 煤层瓦斯压力测定

在125 集中皮带道布置2 个瓦斯压力测定点，125 探查道处布置2 个瓦斯压力测定点，2266 运顺巷道布置2 个瓦斯压力测点、2266 回顺巷道布置2 个瓦斯压力测点，钻孔施工地点及采样地点见表1。

表1 钻孔施工地点及采样地点Table 1 Drilling construction site and sampling site

2.2 煤层瓦斯压力测定结果

在完成封孔工作24 h 后，水泥混合浆固化达到一定强度后进行测定工作，在测压管端头装上球阀，安装压力表。观察压力值，当压力表量程不够时，关闭压力表接头上的球阀，更换量程大的压力表。当压力变化在3 d 内小于0.015 MPa 时，测压工作即可结束，否则应延长测压时间。瓦斯压力上升曲线如图3～图6 所示，瓦斯压力测定结果见表2。

表2 瓦斯压力测定结果Table 2 Gas pressure measurement results

图3 125 集中皮带道测点瓦斯压力变化曲线图Fig.3 Gas pressure change curve of 125 centralized belt road measuring point

图4 2266 回顺测点瓦斯压力变化曲线图Fig.4 Gas pressure change curve of 2266 measuring point along the line

图5 2266 运顺测点瓦斯压力变化曲线图Fig.5 Gas pressure change curve of 2266 downwind transportation roadway measuring point

图6 125 探查道测点瓦斯压力变化曲线图Fig.6 Gas pressure change curve of 125 exploration roadway measuring point

2.3 煤层瓦斯含量测定

此煤层瓦斯含量采用直接法测定，即利用钻孔采集煤样，用解吸法直接测定煤样瓦斯含量。此次共施工4 个瓦斯含量取样钻孔，分别在125 探查道、125 集中皮带道、2266 回顺、2266 运顺取煤样进行瓦斯含量测定。

根据现场和实验室测定数据，经计算，125 采区孙家湾煤层2266 采面瓦斯含量测定结果见表3。

表3 瓦斯含量测定结果Table 3 Gas content determination results

3 保护效果评价

开采保护层是我国当前主要采用区域性防突技术措施之一，保护层开采后，通过测定被保护范围内和实体区域内瓦斯参数并进行对比，论证太下煤层对孙家湾煤层的保护效果。

3.1 太下煤层开采后对孙家湾煤层保护效果分析

根据保护层开采机理可知，保护层的保护作用主要是由于保护层开采后，岩体中形成自由空间，破坏了原岩应力的作用，地应力重新分布。岩体向采空区方向移动，被保护层发生卸压、膨胀，同时产生大小不同的层间裂隙，煤层透气性增强。被保护层瓦斯一部分会通过垂直或斜交裂隙运移到其他岩层中，同时通过卸压瓦斯抽放，可以使被保护层煤层瓦斯含量减小和瓦斯压力下降，这样使瓦斯潜能降低，现场实际测定被保护区域和实体区域的残余瓦斯压力小于原始瓦斯压力即充分说明了这一点。通过2266 运顺工作面实测巷道煤层底板标高推算下沉值为6.2~8.3 m，2266 回顺工作面实测巷道煤层底板标高推算下沉值为8.2~10.2 m，平均下沉值为8.2 m，下沉量较大。

其次实测孙家湾煤层2266 工作面区域内实体煤层最大相对瓦斯压力为0.42 MPa，最大瓦斯含量为4.9 m3/t。从受太下煤层5331 综采工作面、5331下覆综放工作面、5333 综采工作面、5333 下覆综放工作面及5368 综放工作面采动后保护范围之内的2266 工作面瓦斯压力和瓦斯含量数值较小，实测瓦斯压力为0.13 MPa，瓦斯含量为1.74 m3/t，两者对比，差距非常明显，证明太下煤层开采后对上部孙家湾煤层的瓦斯压力释放作用非常明显。

3.2 2266 工作面回采期间瓦斯涌出量

2266 工作面于2022 年2 月末开始回采，至5月中旬末已回采125.6 m，工作面风量1 101 m3/min，回风流瓦斯浓度0.1%~0.27%，采用上隅角尾巷和高位瓦斯抽采巷联合抽采方式，通过3月—5 月份工作面瓦斯涌出量可以看出，高位瓦斯抽采巷抽采浓度较小，通过2266 工作面瓦斯涌出量变化曲线可以看出，工作面瓦斯涌出量为2 ~4.33 m3/min，抽采量最大为2.1 m3/min，瓦斯涌出量较小，说明工作面瓦斯已得到了充分的释放（图7）。

图7 2266 工作面瓦斯涌出量变化曲线图Fig.7 Gas emission change curve diagram of No.2266 Face

4 结 语

恒大煤矿系高瓦斯、突出矿井，开采保护层是最有效的瓦斯治理措施，按照《防治煤与瓦斯突出细则》规定，下保护层与被保护层之间的最大保护垂距为100 m。虽然2266 综放工作面与太下煤层最大间距已达到120 m，但是通过此次下保护层开采与被保护层保护作用与效果研究，实测平均下沉值为8.2 m，太下煤层作为保护层开采对孙家湾煤层的瓦斯压力释放非常明显，起到了有效卸压保护作用，消除了煤与瓦斯突出的可能性，2266综放工作面在掘进和回采过程中，未发生瓦斯超限现象，保护效果显著。