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[摘 要]为了提高东林煤矿保护层开采卸压瓦斯抽采率，从地质构造、煤层特征、瓦斯赋存和方面涌出分析了东林煤矿急倾斜煤层赋存特征，分析得出岩层间岩石性质、相对层间距离及保护作用时间等因素影响被保护层瓦斯抽采率。
[关键词]采矿工程；保护层开采；卸压瓦斯；影响因素
中图分类号：F670 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2016）19-0153-01
1、矿井基本情况
东林煤矿是我国稀有的优质主焦煤生产矿井之一。矿井核定生产能力400kt/a，井田走向长度7.5km，采用竖井多水平分采区开拓。目前开采的水平为+100m至-200m。矿井开采深度大，地质构造复杂，涌水量大，瓦斯自然灾害特别严重，共发生过突出事故200余次，严重制约矿井安全高效共采。
2、保护层开采情况
东林煤矿地质构造复杂，煤层赋存状况不稳定，属突出矿井。主采4#和6#煤层，平均倾角65°，埋深440～480m。4#煤层厚度2.5m，6#煤层厚度1.5m，层间距为38m。
由于4#煤层和6#煤层均具有突出危险性，采用区域措施防突，首先对6#煤层进行网格钻孔预抽瓦斯，待其突出危险性降低后，作为下保护层开采，4#煤层作为被保护层滞后开采。
3、急倾斜煤层的赋存特点
3.1 地质构造
急倾斜煤田在形成以后遭受过比较剧烈的地质构造运动。因此，无论是在区域地质构造方面还是井田地质构造方面，都要比缓倾斜和倾斜煤层复杂。特别是我国西南地区，急倾斜煤层煤田绝大多数分布在山前褶皱带或是断裂带附近，且地质构造更为复杂，甚至有些出现直立和倒转的现象。
3.2 煤层特征
急倾斜煤层由于受到构造运动的影响，会出现不同程度的揉皱、错动甚至破坏，故一般急倾斜煤层节理发育，变质程度高，开采时易冒落。另外，由于煤炭变质的主要因素与急倾斜的成因一致，所以即使是同一成煤时期的煤田，其遭受构造运动的频度和强度不同，煤种也会有很大的差异。
3.3 瓦斯的赋存和涌出情况
地质构造对急倾斜煤层瓦斯含量的影响随具体情况的不同而不同。当顶板为脆性岩层时，在开放性的断层和褶皱附近，有利于瓦斯的释放，该处瓦斯含量较少，但在封闭性的断层和褶皱附近，瓦斯含量增多。所以急倾斜煤层的断层或是背斜附近容易积聚瓦斯。急倾斜煤层由于构造相对复杂，突出事故和瓦斯爆炸事故多发生在地质构造带内的小褶皱附近、强烈挤压的褶皱带，以及在倾角变化的转折点等处。
4、被保护层瓦斯抽采率影响因素
4.1 层间岩石性质
采场上覆岩层运动过程的模拟试验结果如图1所示。当工作面推进85m时，距离煤层28m处硬岩层与其下岩层间出现明显的离层，与其上岩层之间没有明显离层（图1（a））；当工作面推进120m时，该岩层断裂失稳并伴隨较大范围的岩层垮落，直到距离煤层80m处坚硬岩层为止，此处又形成较大范围离层（图1（b））；工作面推进到180m时，该坚硬岩层断裂，由此波及到地面（图1（c））。由此可见，即使被保护煤层位于距离开采煤层80m，只要开采煤层回采范围足够大，坚硬岩层也将断裂垮落，这一层坚硬岩层将不能对被保护层的卸压起到屏障作用。若保护层开采范围较小，则上部坚硬岩层将不会断裂垮落，这一层坚硬岩层将对其上煤层的卸压起到屏障作用，因此保护层与被保护层之间的坚硬岩层是否对卸压起屏障作用主要决定于在开采过程中或开采后一定时间内坚硬岩层是否断裂。
4.2 相对层间距离
实践证明，保护作用与保护层厚度和层间垂距有密切联系。因此，在讨论保护作用时，往往把保护层厚度与层间垂距结合起来考虑，引入相对层间距离的概念，即层间垂距与保护层厚度的比值。把相对层间距与层间坚硬岩层结合起来可以看出：若被保护层位于开采煤层的垮落带或矿压破坏带内，此时坚硬岩层对被保护层的卸压没有任何屏障作用，将随着工作面的推进逐步垮落，被保护层卸压十分充分，卸压瓦斯大量涌入回采工作面，保护效果十分明显；若被保护层位于开采煤层的断裂带或新增损伤带，由于此时层间坚硬岩石将形成梁的结构，阻碍被保护层进一步变形，也将阻碍其进一步卸压，保护效果也将受到一定影响；若被保护层位于开采煤层的弯曲下沉带或原始损伤带内，此时必须辅以抽放才能使被保护层达到卸压的目的，至于卸压的程度则要视坚硬岩层的厚度、弹性模量而定。因此，可将被保护层位于保护层的垮落带或矿压破坏带内定为近距离煤层群，被保护层位于保护层的断裂带或新增损伤带内定为中距离煤层群，被保护层位于保护层的弯曲下沉带或原始损伤带内定为远距离煤层群。
4.3 保护作用的时间
保护层停采后，煤岩层的移动与变形还在一定的时间内延续进行，保护带可得到部分扩展。但是由于保护层开采后，垮落岩石在上覆应力作用下逐渐压实，应力逐渐恢复。对于近距离或中距离保护，被保护层卸压和排放瓦斯都较充分，随时间延长，被保护层瓦斯状态和煤的力学性质不可能恢复原状，因而保护作用也不会随时间延长而消失。
对于远距离保护层，由于被保护层与煤层之间大多没有裂隙直接连通，一般均采用人工抽放瓦斯，煤层瓦斯动力参数和力学性质均不可能恢复到原有状态，应力也不能恢复原状。若不采用人工抽放瓦斯，则在上覆岩层作用下煤体应力逐渐增加，在应力减小时由吸附状态解吸为游离瓦斯中一部分将在地应力作用下重新转化为吸附瓦斯，随着时间延长瓦斯压力将逐步增加，保护作用将逐步消失。因此，开采远距离保护层配合人工抽放瓦斯时，其保护作用是不可逆的过程，保护作用不会随时间延长而消失，但随着时间的推移被保护层承受的地应力有所增加。
5、结论
（1）从地质构造、煤层特征、瓦斯赋存和方面涌出分析了东林煤矿急倾斜煤层赋存特征。
（2）在此基础上分析得出岩层间岩石性质、相对层间距离及保护作用时间等因素影响被保护层瓦斯抽采率。
作者简介：李 栋（1986），男，硕士，2012年毕业于重庆大学采矿工程专业，主要从事地下工程研究工作。
[关键词]采矿工程；保护层开采；卸压瓦斯；影响因素
中图分类号：F670 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2016）19-0153-01
1、矿井基本情况
东林煤矿是我国稀有的优质主焦煤生产矿井之一。矿井核定生产能力400kt/a，井田走向长度7.5km，采用竖井多水平分采区开拓。目前开采的水平为+100m至-200m。矿井开采深度大，地质构造复杂，涌水量大，瓦斯自然灾害特别严重，共发生过突出事故200余次，严重制约矿井安全高效共采。
2、保护层开采情况
东林煤矿地质构造复杂，煤层赋存状况不稳定，属突出矿井。主采4#和6#煤层，平均倾角65°，埋深440～480m。4#煤层厚度2.5m，6#煤层厚度1.5m，层间距为38m。
由于4#煤层和6#煤层均具有突出危险性，采用区域措施防突，首先对6#煤层进行网格钻孔预抽瓦斯，待其突出危险性降低后，作为下保护层开采，4#煤层作为被保护层滞后开采。
3、急倾斜煤层的赋存特点
3.1 地质构造
急倾斜煤田在形成以后遭受过比较剧烈的地质构造运动。因此，无论是在区域地质构造方面还是井田地质构造方面，都要比缓倾斜和倾斜煤层复杂。特别是我国西南地区，急倾斜煤层煤田绝大多数分布在山前褶皱带或是断裂带附近，且地质构造更为复杂，甚至有些出现直立和倒转的现象。
3.2 煤层特征
急倾斜煤层由于受到构造运动的影响，会出现不同程度的揉皱、错动甚至破坏，故一般急倾斜煤层节理发育，变质程度高，开采时易冒落。另外，由于煤炭变质的主要因素与急倾斜的成因一致，所以即使是同一成煤时期的煤田，其遭受构造运动的频度和强度不同，煤种也会有很大的差异。
3.3 瓦斯的赋存和涌出情况
地质构造对急倾斜煤层瓦斯含量的影响随具体情况的不同而不同。当顶板为脆性岩层时，在开放性的断层和褶皱附近，有利于瓦斯的释放，该处瓦斯含量较少，但在封闭性的断层和褶皱附近，瓦斯含量增多。所以急倾斜煤层的断层或是背斜附近容易积聚瓦斯。急倾斜煤层由于构造相对复杂，突出事故和瓦斯爆炸事故多发生在地质构造带内的小褶皱附近、强烈挤压的褶皱带，以及在倾角变化的转折点等处。
4、被保护层瓦斯抽采率影响因素
4.1 层间岩石性质
采场上覆岩层运动过程的模拟试验结果如图1所示。当工作面推进85m时，距离煤层28m处硬岩层与其下岩层间出现明显的离层，与其上岩层之间没有明显离层（图1（a））；当工作面推进120m时，该岩层断裂失稳并伴隨较大范围的岩层垮落，直到距离煤层80m处坚硬岩层为止，此处又形成较大范围离层（图1（b））；工作面推进到180m时，该坚硬岩层断裂，由此波及到地面（图1（c））。由此可见，即使被保护煤层位于距离开采煤层80m，只要开采煤层回采范围足够大，坚硬岩层也将断裂垮落，这一层坚硬岩层将不能对被保护层的卸压起到屏障作用。若保护层开采范围较小，则上部坚硬岩层将不会断裂垮落，这一层坚硬岩层将对其上煤层的卸压起到屏障作用，因此保护层与被保护层之间的坚硬岩层是否对卸压起屏障作用主要决定于在开采过程中或开采后一定时间内坚硬岩层是否断裂。
4.2 相对层间距离
实践证明，保护作用与保护层厚度和层间垂距有密切联系。因此，在讨论保护作用时，往往把保护层厚度与层间垂距结合起来考虑，引入相对层间距离的概念，即层间垂距与保护层厚度的比值。把相对层间距与层间坚硬岩层结合起来可以看出：若被保护层位于开采煤层的垮落带或矿压破坏带内，此时坚硬岩层对被保护层的卸压没有任何屏障作用，将随着工作面的推进逐步垮落，被保护层卸压十分充分，卸压瓦斯大量涌入回采工作面，保护效果十分明显；若被保护层位于开采煤层的断裂带或新增损伤带，由于此时层间坚硬岩石将形成梁的结构，阻碍被保护层进一步变形，也将阻碍其进一步卸压，保护效果也将受到一定影响；若被保护层位于开采煤层的弯曲下沉带或原始损伤带内，此时必须辅以抽放才能使被保护层达到卸压的目的，至于卸压的程度则要视坚硬岩层的厚度、弹性模量而定。因此，可将被保护层位于保护层的垮落带或矿压破坏带内定为近距离煤层群，被保护层位于保护层的断裂带或新增损伤带内定为中距离煤层群，被保护层位于保护层的弯曲下沉带或原始损伤带内定为远距离煤层群。
4.3 保护作用的时间
保护层停采后，煤岩层的移动与变形还在一定的时间内延续进行，保护带可得到部分扩展。但是由于保护层开采后，垮落岩石在上覆应力作用下逐渐压实，应力逐渐恢复。对于近距离或中距离保护，被保护层卸压和排放瓦斯都较充分，随时间延长，被保护层瓦斯状态和煤的力学性质不可能恢复原状，因而保护作用也不会随时间延长而消失。
对于远距离保护层，由于被保护层与煤层之间大多没有裂隙直接连通，一般均采用人工抽放瓦斯，煤层瓦斯动力参数和力学性质均不可能恢复到原有状态，应力也不能恢复原状。若不采用人工抽放瓦斯，则在上覆岩层作用下煤体应力逐渐增加，在应力减小时由吸附状态解吸为游离瓦斯中一部分将在地应力作用下重新转化为吸附瓦斯，随着时间延长瓦斯压力将逐步增加，保护作用将逐步消失。因此，开采远距离保护层配合人工抽放瓦斯时，其保护作用是不可逆的过程，保护作用不会随时间延长而消失，但随着时间的推移被保护层承受的地应力有所增加。
5、结论
（1）从地质构造、煤层特征、瓦斯赋存和方面涌出分析了东林煤矿急倾斜煤层赋存特征。
（2）在此基础上分析得出岩层间岩石性质、相对层间距离及保护作用时间等因素影响被保护层瓦斯抽采率。
作者简介：李 栋（1986），男，硕士，2012年毕业于重庆大学采矿工程专业，主要从事地下工程研究工作。