论文部分内容阅读
摘要：煤矿开采过程中，瓦斯的防治工作是制约着煤矿企业能否安全生产的关键因素之一，必须予以重视。目前，煤矿企业大多都采用保护层开采的方法来对煤与瓦斯突出进行防治，并且在实践过程中发现其是最为有效和最为经济的方法之一。本文将对煤矿开采过程中保护层的应用方法和效果进行简要的分析和探讨。
关键词：煤矿开采；保护层；应用方法；效果分析
中图分类号：TG333.7 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2013）23-577-01
在煤矿开采领域，开采保护层是防止煤与瓦斯突出是公认的最为经济有效的方法之一。保护层一般是指在突出矿井的煤层群中首先对无突出或有突出但危险性小的煤层，然后对有突出危险性高的煤层进行保护层开采，对高危险性的煤层进行保护来消除或者减小突出的危险性，从而达到防止煤与瓦斯突出的目的。我国1958年在北票和重庆等煤矿内对开采保护层进行试验，并且取得了很好的效果，然后在全国范围内对于有条件的突出矿井进行了推广应用。在应用过程中发现开采保护层可以使低透气性厚煤层实现高产高效的安全煤矿生产，而且结合瓦斯的抽放可以实现巨大的环境效益，所以保护层开采在煤矿开采中发挥着重要的意义。
一、煤矿开采过程中保护层的应用方法
保护层是指将突出危险性大的煤层进行保护而开采不突出或者突出危险性小的煤层，对于后开采的有突出危险的煤层称作被保护层，根据保护层相对于被保护层的位置将位于被保护层上面的保护层称之为上保护层，位于被保护层下面的保护层称之为下保护层。
保护层的先行开采，使得保护层周围的岩层和煤层会向着采空区的方向移动和变形，从而降低了保护范围内的应力，促使突出煤层发生膨胀变形，增加了其透气性，以便瓦斯的解吸排放。瓦斯的解吸排放降低了瓦斯压力，从而保证了煤的机械强度，使得突出煤层的危险性有所降低或者消除。保护层的开采，可使得被保护层的应力、煤的结构以及瓦斯的压力发生明显的变化，从变化的时间上来看，首先发生的是卸压作用，有的卸压过程发生在保护层工作面前的10～20m处，而一般是发生的保护层工作面的后方，一旦膨胀变形速度加快，瓦斯压力就将会发生一些显著的变化。在保护层开采后一般尽可能少的留下煤柱，可以不留的坚决不留，但是万一要留就应将煤柱的尺寸以及位置在采挖工程图上准确的进行标注，从而在后期对被保护层的开采时能够采取有效的防突措施，确保安全生产。
保护层的保护作用会随着保护层间距的增大而减少，当其间距达到一个临界值时其保护作用就已经不在明显了，此临界距离称之为有效间距。在我国煤矿开采过程中，对于保护层的大量应用，发现当开采深度小于550m时，保护层的有效保护层间垂距为急倾斜煤层上保护层60m，下保护层80m，缓倾斜和倾斜煤层上保护层50m，下保护层100m。在进行保护层的选择时，应依据保护层的厚度、回采工作面长度、开采深度以及顶板管理方法等因素来确定有效的垂距。
煤矿开采过程中保护层的应用，应做到三个超前：一是保护层的掘进工作面超前回采工作面一个采区。二是保护层的回采工作面超前被保护层掘进工作面一个采区。三是被保护层的掘进工作面超前回采工作面一个采区。并在开采保护层时应具有专业抽放瓦斯系统的矿井来抽放被保护层内的瓦斯，从而确保被保护层内的大量瓦斯涌入保护层内而超出瓦斯的上限。在开采近距离保护层时应采取必要的措施，来防止被保护层初期卸压过程中瓦斯突然涌入到保护层的开挖工作面，还应严防误穿突出煤层的隐患。在开采保护层时应注意将被保护层的开采工作面尽量的布置在其保护的范围内，以便减少其突出的危险性。而对于不同矿井、不同的保护层对于保护层的保护参数及保护效果应进行必要的实地考察，保证采掘和防突设计的合理性和适用性。
二、煤矿开采过程中保护层的效果分析
本文将以我国某一煤矿开采为例，分析煤矿开采过程中保护层的效果，其煤矿现状为：此煤矿B4煤层瓦斯含量为5.01m?/t，瓦斯压力为1.2MPa。在对煤矿的开采过程中发现，B4煤层为严重突出危险性，在煤矿开采过程中B4煤层突出10次。对B4煤层进行了打钻测压，其突出指标ΔP=10，P=1.0MP，K=18.5，D=0.61，为突出危险区。
此B4煤层采用上保护层开采设计，其上采区B5煤层平均厚度为1.3m，与B4煤层间距为6～11m左右，平均8.3m，属于近距离上保护层开采类型。从B4煤层底板通风上山-411m标高处开始，在14124工作面中部的B4煤层底板砂岩中布置一条14124底板抽排巷，岩巷到B4煤层底板的垂距为23～25m，长度597m。底板抽排巷采用断面为2.4×2.4m的直墙半圆拱，锚喷支护。从14124工作面采止线正下方开始，在底板抽排巷两帮布置钻场。钻场间距30m，钻场长宽高为2×3×2m，采用锚喷支护，共设计15组钻场，由东向西编号依次为1#～15#。
B5煤层开采后对B4煤层的煤层瓦斯压力、煤层相对变形、钻孔瓦斯流量、煤层透气性等参数的观测，发现这些参数都发生了显著的变化，并且各个参数变化中都相互存在着一些联系，反映了开采保护层的显著效果。如B5煤层开采后其14125工作面后方25m远的B4煤层瓦斯压力急剧的下降了0.2MPa，已经远远的低于了《防治煤与瓦斯突出细则》中规定的0.74MPa，而B4煤层的膨胀变形的最大值也改变为341.1×10 远远的大于了规定的6‰，其煤层的透气性也增加到了21.1㎡/MPa ·d是原始透气性系数的626倍，而钻孔瓦斯流量最大则达到了0.09m?/min是卸压前钻孔瓦斯流量的45倍。以上各个数据都将说明了B5煤层的开采将位于保护范围内的B4煤层突出危险性已经消除，并且其保护效果十分显著。
三、结束语
开采保护层是目前公认的最为经济、最好的用来防止煤与瓦斯突出的解决措施，在多年的应用中也显现出了显著的效果，所以在煤矿开采过程中应大力推广，从而保证安全生产。
参考文献
[1]童云飛，樊传兵.潘一矿下保护层开采效果探析[J].矿业安全与环保. 2003（S1）
[2]张朝举.祁东煤矿近距离突出煤层群保护层开采的实践[J].煤炭科技. 2011（01）
[3]姚军朋，贾澄冰等.近距离保护层开采瓦斯治理效果[J].煤炭科学技术. 2008（01）
关键词：煤矿开采；保护层；应用方法；效果分析
中图分类号：TG333.7 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2013）23-577-01
在煤矿开采领域，开采保护层是防止煤与瓦斯突出是公认的最为经济有效的方法之一。保护层一般是指在突出矿井的煤层群中首先对无突出或有突出但危险性小的煤层，然后对有突出危险性高的煤层进行保护层开采，对高危险性的煤层进行保护来消除或者减小突出的危险性，从而达到防止煤与瓦斯突出的目的。我国1958年在北票和重庆等煤矿内对开采保护层进行试验，并且取得了很好的效果，然后在全国范围内对于有条件的突出矿井进行了推广应用。在应用过程中发现开采保护层可以使低透气性厚煤层实现高产高效的安全煤矿生产，而且结合瓦斯的抽放可以实现巨大的环境效益，所以保护层开采在煤矿开采中发挥着重要的意义。
一、煤矿开采过程中保护层的应用方法
保护层是指将突出危险性大的煤层进行保护而开采不突出或者突出危险性小的煤层，对于后开采的有突出危险的煤层称作被保护层，根据保护层相对于被保护层的位置将位于被保护层上面的保护层称之为上保护层，位于被保护层下面的保护层称之为下保护层。
保护层的先行开采，使得保护层周围的岩层和煤层会向着采空区的方向移动和变形，从而降低了保护范围内的应力，促使突出煤层发生膨胀变形，增加了其透气性，以便瓦斯的解吸排放。瓦斯的解吸排放降低了瓦斯压力，从而保证了煤的机械强度，使得突出煤层的危险性有所降低或者消除。保护层的开采，可使得被保护层的应力、煤的结构以及瓦斯的压力发生明显的变化，从变化的时间上来看，首先发生的是卸压作用，有的卸压过程发生在保护层工作面前的10～20m处，而一般是发生的保护层工作面的后方，一旦膨胀变形速度加快，瓦斯压力就将会发生一些显著的变化。在保护层开采后一般尽可能少的留下煤柱，可以不留的坚决不留，但是万一要留就应将煤柱的尺寸以及位置在采挖工程图上准确的进行标注，从而在后期对被保护层的开采时能够采取有效的防突措施，确保安全生产。
保护层的保护作用会随着保护层间距的增大而减少，当其间距达到一个临界值时其保护作用就已经不在明显了，此临界距离称之为有效间距。在我国煤矿开采过程中，对于保护层的大量应用，发现当开采深度小于550m时，保护层的有效保护层间垂距为急倾斜煤层上保护层60m，下保护层80m，缓倾斜和倾斜煤层上保护层50m，下保护层100m。在进行保护层的选择时，应依据保护层的厚度、回采工作面长度、开采深度以及顶板管理方法等因素来确定有效的垂距。
煤矿开采过程中保护层的应用，应做到三个超前：一是保护层的掘进工作面超前回采工作面一个采区。二是保护层的回采工作面超前被保护层掘进工作面一个采区。三是被保护层的掘进工作面超前回采工作面一个采区。并在开采保护层时应具有专业抽放瓦斯系统的矿井来抽放被保护层内的瓦斯，从而确保被保护层内的大量瓦斯涌入保护层内而超出瓦斯的上限。在开采近距离保护层时应采取必要的措施，来防止被保护层初期卸压过程中瓦斯突然涌入到保护层的开挖工作面，还应严防误穿突出煤层的隐患。在开采保护层时应注意将被保护层的开采工作面尽量的布置在其保护的范围内，以便减少其突出的危险性。而对于不同矿井、不同的保护层对于保护层的保护参数及保护效果应进行必要的实地考察，保证采掘和防突设计的合理性和适用性。
二、煤矿开采过程中保护层的效果分析
本文将以我国某一煤矿开采为例，分析煤矿开采过程中保护层的效果，其煤矿现状为：此煤矿B4煤层瓦斯含量为5.01m?/t，瓦斯压力为1.2MPa。在对煤矿的开采过程中发现，B4煤层为严重突出危险性，在煤矿开采过程中B4煤层突出10次。对B4煤层进行了打钻测压，其突出指标ΔP=10，P=1.0MP，K=18.5，D=0.61，为突出危险区。
此B4煤层采用上保护层开采设计，其上采区B5煤层平均厚度为1.3m，与B4煤层间距为6～11m左右，平均8.3m，属于近距离上保护层开采类型。从B4煤层底板通风上山-411m标高处开始，在14124工作面中部的B4煤层底板砂岩中布置一条14124底板抽排巷，岩巷到B4煤层底板的垂距为23～25m，长度597m。底板抽排巷采用断面为2.4×2.4m的直墙半圆拱，锚喷支护。从14124工作面采止线正下方开始，在底板抽排巷两帮布置钻场。钻场间距30m，钻场长宽高为2×3×2m，采用锚喷支护，共设计15组钻场，由东向西编号依次为1#～15#。
B5煤层开采后对B4煤层的煤层瓦斯压力、煤层相对变形、钻孔瓦斯流量、煤层透气性等参数的观测，发现这些参数都发生了显著的变化，并且各个参数变化中都相互存在着一些联系，反映了开采保护层的显著效果。如B5煤层开采后其14125工作面后方25m远的B4煤层瓦斯压力急剧的下降了0.2MPa，已经远远的低于了《防治煤与瓦斯突出细则》中规定的0.74MPa，而B4煤层的膨胀变形的最大值也改变为341.1×10 远远的大于了规定的6‰，其煤层的透气性也增加到了21.1㎡/MPa ·d是原始透气性系数的626倍，而钻孔瓦斯流量最大则达到了0.09m?/min是卸压前钻孔瓦斯流量的45倍。以上各个数据都将说明了B5煤层的开采将位于保护范围内的B4煤层突出危险性已经消除，并且其保护效果十分显著。
三、结束语
开采保护层是目前公认的最为经济、最好的用来防止煤与瓦斯突出的解决措施，在多年的应用中也显现出了显著的效果，所以在煤矿开采过程中应大力推广，从而保证安全生产。
参考文献
[1]童云飛，樊传兵.潘一矿下保护层开采效果探析[J].矿业安全与环保. 2003（S1）
[2]张朝举.祁东煤矿近距离突出煤层群保护层开采的实践[J].煤炭科技. 2011（01）
[3]姚军朋，贾澄冰等.近距离保护层开采瓦斯治理效果[J].煤炭科学技术. 2008（01）