大河煤矿下保护层开采防治煤与瓦斯突出试验研究

曹佐勇，刘 勇

（1.贵州大学矿业学院，贵州 贵阳550025；2.贵州煤矿安全监察局，贵州 贵阳550000）

煤矿生产中，煤层瓦斯是造成煤与瓦斯突出、瓦斯异常涌出以及瓦斯爆炸等重大瓦斯灾害的主导因素，瓦斯灾害的有效控制是保证煤矿可持续发展的一个关键性问题〔1－3〕。桐梓县大河煤矿为新建矿井，生产能力0.3Mt／a，经鉴定原设计开采的7＃煤层具有煤与瓦斯突出危险性，＋805m水平以上测压钻孔控制范围内10＃煤层评价为不具有煤与瓦斯突出危险性。为了进一步加强防治煤与瓦斯突出的工作，把有效的防突技术、装备和先进的管理水平、防突理念贯彻到防突工作中，从充分考虑安全的角度出发，本文就先开采无突出危险性的10＃煤层作为7＃煤的下保护层，使得7＃煤在开采时达到瓦斯卸压防突的目的进行分析研究。

1 工程地质条件

大河煤矿＋830m西一石门西7＃煤层掘进工作面从＋830m西一石门揭煤处开口向西掘进，巷道长度约320 m，井下标高为＋830.8m，煤系地层为二叠纪龙潭组，上覆盖岩层厚度370～560m。根据＋830m西一石门揭煤及＋836m，7＃煤层巷道掘进期间收集的资料分析，预计该区域煤层层位正常，无大、中型地质构造，可能会遇到煤层层间滑动、小褶曲、小断层等地质构造的影响。煤层倾角及煤层厚度均有一定变化，对掘进有一定影响。

煤层瓦斯基本参数测定如表1所述，7＃煤层埋深在423m左右，煤层平均厚度3.2m，瓦斯压力约1.38MPa，瓦斯压力梯度约0.0032MPa／m，瓦斯含量14.49m3／t，透气性系数较低，为0.0235m2／MPa2.d；而下部的10＃煤层平均厚度为0.9m，瓦斯压力为0.65MPa，约为7＃煤层的1／2，瓦斯含量为8.32m3／t，为选择10＃煤层作为下保护层开采提供了良好的地质条件。

表1 煤层瓦斯基本参数测定

2 保护层开采情况

矿井保护层10＃煤层位于被保护层7＃煤层下邻近层，层间距19.33～21.64m，平均20m，煤层倾角为32°～35°，平均为33°，相对赋存较稳定。保护层10＃煤层11002瓦斯治理工程面于2012年9月由＋805m二石门向东一采区轨道上山开采，截止2013年11月份已采过＋830m西一石门约97m（2013年7月份回采10＃煤层段正对石门揭煤区）。

2.1 开采下保护层倾斜方向的保护范围

保护层工作面沿倾斜方向的保护范围主要根据开采下保护层的卸压角δ和两煤层之间的间距而定。按照《防治煤与瓦斯突出规定》〔4－7〕附录 D.1的规定，上下卸压角δ分别取69°和90°。按照该卸压角的计算，下保护层10＃煤层的工作面机巷标高为＋805m，可计算出被保护层（7＃煤层）工作面保护标高为＋829.62m；被保护层7＃煤层巷标高为＋830m；故＋830m西一石门西7＃煤层掘进工作面在开采保护层（10＃煤层）后在倾斜方向得到充分的保护，图1为倾斜方向保护层的保护范围。

图1 倾斜方向下保护层的保护范围

2.2 开采下保护层走向方向的保护范围

对停采的保护层工作面，停采时间超过3个月，且卸压比较充分，该工作面的始采线、停采线及所留的煤柱对被保护层走向的保护范围，边缘位置的边界线可按56°～60°划定开采保护层沿走向方向的保护范围（见图2）。按保守角度划分为56°，10＃煤层与7＃煤层间距为20m，计算保护层与被保护层沿走向错距为13.5m即可满足保护要求，而＋830m西一石门7＃煤层掘进工作面对应的10＃煤层已全部开采，超前距离在97m以上，大于13.5m的要求，且开采时间都在5个月以上，故＋830m西一石门西7＃煤层掘进工作面在走向上得到充分的保护。

图2 走向方向下保护层的保护范围

2.3 保护层与被保护层之间的有效垂距

被保护层7＃煤层位于保护层10＃煤层顶板上方，两煤层之间垂距平均为20m，煤层倾角平均33°，相对赋存较稳定。当保护层10＃煤层开采后，采高0.8～1.0m，平均0.9 m；开采层周围的岩层和煤层向采空区方向移动、变形，根据卸压程度的大小，在垂直保护层面方向可划分为三带：岩层冒落带、岩层破坏移动带、岩层弯曲带（弹性变形带）。因此在保护层的有效层间垂距，在不进行抽放时，实际就是第三带的边界到保护层的层间垂距。且保护层11002瓦斯治理工程面于2013年7月底采止线已超过＋830m西一石门6m，距2014年1月20日已有162天。

图3 邻近层瓦斯排放率与层间距的关系曲线

根据《矿井瓦斯涌出量预测方法》（AQ1018－2006）附录D得出，邻近层受采动影响的瓦斯排放率与层间距的关系曲线（见图3）。

矿井煤层倾角为32°～35°，属于倾斜煤层，下邻近层瓦斯排放率按图中曲线3进行取值，7＃煤巷和10＃煤层间距为19.33～21.64m，10＃煤层开采后，7＃煤层的瓦斯排放率在60%左右，由此分析，10＃煤层开采后，7＃煤层的保护效果较好。

3 瓦斯抽采情况

＋805m10＃煤层运输巷沿走向间隔40m布置一个钻场，采用ZDY－750型钻机配合Φ75钻头施工穿层钻孔，孔间距20m，钻孔穿透7＃煤层并进入顶板0.5m为准，该段共施工穿层钻孔70个；采用高负压进行穿层预抽，当10＃煤层开采至钻场时，钻场受采动压力影响，抽放7＃煤层卸压瓦斯。＋805m茅口对应＋830m西一石门位置前后各施工穿层钻场一个，钻场间距20m，每个钻场布置6个钻孔，该段共施工穿层钻孔18个。随着10＃煤层采煤工作面的开采，低负压抽放管道抽放＋865m，10＃煤层尾巷密闭内的7＃煤层卸压瓦斯。根据钻孔验收资料作图分析，施工预抽钻孔控制＋805m一采回风上山以东24m至＋805m人车上山下入口以西32m段，控制标高为＋805m～＋865m有效。

4 区域措施效果检验

根据《防治煤与瓦斯突出规定》的相关规定，7＃煤层原始瓦斯 含 量 为 14.4906m3／t，计 算 其 抽 采 达 标 率 为：（14.49－8）／14.49×100%＝44.79%。

采取煤层瓦斯含量（W）直接测定法进行测定煤层残余瓦斯含量，经验证该区域残余瓦斯含量分别为2.6899 m3／t，2.736m3／t，3.5429m3／t，2.4978m3／t，4.0737m3／t，3.7217m3／t，3.6508m3／t，都小于8m3／t的规定；残余瓦斯 压 力 分 别 为 0.151MPa，0.154MPa，0.210MPa，0.139MPa，0.240MPa，0.180MPa，0.180MPa，都小于0.74MPa的规定。

根据《煤矿瓦斯抽采达标暂行规定》第二十七条第三款规定，对于瓦斯涌出量来自于突出煤层的采煤工作面，只有当瓦斯预抽防突效果和煤的可解吸量指标都满足达标要求时，方可判定该工作面瓦斯预抽效果达标，而该区域测定的不可解吸瓦斯量最高为1.9013m3／t，小于8m3／t的规定值。

综合上述，＋830m西一石门西7＃煤层掘进工作面所实施的区域综合防突措施符合《防治煤与瓦斯突出规定》、《煤矿瓦斯抽采达标暂行规定》等相关规定的要求，区域综合防突效果检验指标均在突出危险性指标以下，故本次瓦斯抽采达标评判有效。

5 结语

1）根据大河煤矿实际工程地质条件，得出该矿首先开采10＃煤层作为7＃煤层开采的下保护层沿倾斜方向和走向方向的保护范围，并得出保护层与被保护层之间的有效垂距。

2）通过下保护层的开采，7＃煤层受10＃煤层采动压力的影响，使得7＃煤层处于瓦斯压力卸压区，7＃煤层的瓦斯采用低负压抽放便可达到良好的效果，表明下保护层的开采增大了被保护层煤层的透气性，降低了瓦斯压力，消除了7＃煤层开采过程中瓦斯突出的危险；

3）通过对下保护层开采后7＃煤层的区域综合防突效果检验表明：各指标均在突出危险性指标以下，瓦斯抽采达标评判有效。

〔1〕国家安全生产监督管理总局 .防治煤与瓦斯突出规定〔M〕.北京：煤炭工业出版社，2009.

〔2〕国家安全生产监督管理总局、国家煤矿安全监察局 .煤矿安全规程〔M〕.北京：煤炭工业出版社，2009.

〔3〕安全生产行业标准 .保护层开采技术规范（AQ1050－2008）〔S〕.国家安全生产监督管理总局，2008.

〔4〕程远平，俞启香 .中国煤矿区域性瓦斯治理技术的发展〔C〕.安徽淮南：2007中国（淮南）煤矿瓦斯治理技术国际会议论文集.

〔5〕高 扬 .西马矿1327工作面下保护层开采防突效果分析研究〔D〕.辽宁工程技术大学，2012.

〔6〕魏 磊 .下保护层开采覆岩结构演化及卸压瓦斯抽放技术研究〔D〕.安徽理工大学，2007.

〔7〕王长军，穆朝民 .进水平煤层下保护层保护范围的数值模拟〔J〕.煤矿安全，2013（1）：1－8.