上保護(hù)層開采區(qū)域防突措施效果考察分析

陳才賢 蘇 靜 李文斌

(1.六盤水師范學(xué)院，貴州省六盤水市，553004；(2.貴州水城礦業(yè)(集團(tuán))有限責(zé)任公司，貴州省六盤水市，553004)

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上保護(hù)層開采區(qū)域防突措施效果考察分析

陳才賢1蘇 靜1李文斌2

(1.六盤水師范學(xué)院，貴州省六盤水市，553004；(2.貴州水城礦業(yè)(集團(tuán))有限責(zé)任公司，貴州省六盤水市，553004)

為了有效考察區(qū)域防突措施效果，通過實(shí)測被保護(hù)煤層瓦斯壓力、相對變形量、瓦斯流量及透氣性變化等參數(shù)，分析了上保護(hù)層開采的有效性。結(jié)果表明，實(shí)施保護(hù)層開采后，被保護(hù)層煤層瓦斯壓力已達(dá)到《防治煤與瓦斯突出規(guī)定》要求的安全開采范圍，煤層的膨脹變形量達(dá)到13.6710-3，透氣性增加到20.43 m2/(MPa2·d)，鉆孔瓦斯流量增大到0.98 m3/min，上保護(hù)層開采的防突效果明顯，確保了突出煤層安全生產(chǎn)。

煤與瓦斯突出 區(qū)域防突措施 上保護(hù)層 瓦斯壓力 防突

隨著煤礦逐步向深部開采，煤與瓦斯突出現(xiàn)象愈加頻繁，已嚴(yán)重制約煤礦生產(chǎn)安全?！斗乐蚊号c瓦斯突出規(guī)定》要求：“區(qū)域防突措施應(yīng)優(yōu)先選擇上保護(hù)層”。國內(nèi)外大量實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)表明，上保護(hù)層開采能極大改善被保護(hù)層的應(yīng)力狀態(tài)，使煤層產(chǎn)生塑性變形，卸壓增透效果明顯，大大降低了瓦斯含量，有效地控制了煤與瓦斯突出危險性。

盛遠(yuǎn)煤礦屬于高突礦井，實(shí)施上保護(hù)層開采在技術(shù)上是可行的，但由于主采煤層承載能力較弱，且透氣性低，卸壓效果和瓦斯排放相對不利，需對該條件下的保護(hù)效果與參數(shù)、合理時空參數(shù)進(jìn)行系統(tǒng)考察。

1 工程概況

盛遠(yuǎn)煤礦設(shè)計能力為90萬t/a，采用平硐+斜井開拓方式，該礦設(shè)計以8#煤層作為上保護(hù)層先行開采，保護(hù)11#煤層，8#煤層與11#煤層之間垂距約33 m。

保護(hù)層40803工作面位于斜四采區(qū)東翼，距地表垂深平均355 m，走向長400 m，傾斜長118 m。主采8#煤層，煤層傾角為7°～11°，平均9°，煤厚為1.64～3.38 m，平均2.32 m，容重1.5 t/m3。

被保護(hù)層41113工作面走向長度370 m，傾斜長度145 m。主采11#煤層厚度在2.8 m左右，傾角8°～10°，含3～4層夾矸，瓦斯含量為15.78 m3/t，為煤與瓦斯突出煤層。

2 考察鉆孔設(shè)置

距11#煤層法向距離約15 m，經(jīng)運(yùn)輸下山掘進(jìn)120 m布置專用考察巷，如圖1所示。在專用考察巷內(nèi)布置鉆孔(X1～X4，Z1～Z4)考察保護(hù)層開采前后的瓦斯壓力、鉆孔(X5～X8，Z5～Z8)煤層相對膨脹變形、瓦斯流量及透氣性變化情況。走向方向與傾斜方向鉆孔布置如圖2所示。

圖1 專用考察巷布置圖

3 保護(hù)效果考察

觀測期間，由于測壓孔通過裂隙與考察巷貫通，沿走向方向Z1～Z4測壓孔在40803工作面未采過測壓孔之前已提前降為零。受到封孔質(zhì)量影響，沿傾斜方向X3、X4測壓孔無數(shù)據(jù)，只有X1、X2測壓孔有壓力變化。

隨著40803工作面推進(jìn)，鉆孔流量呈非線性變化。沿走向方向Z7、Z8孔的最大流量值分別增加了8倍和13倍；沿傾斜方向X5、X6孔的最大流量值分別增加了17.8倍和7.5倍。

為直觀有效地分析8#煤層對11#煤層的保護(hù)效果，選取X1孔的壓力值及X5孔的煤層相對膨脹變形量、瓦斯流量及透氣性等參數(shù)擬合形成綜合分析曲線圖表，如表1和圖3所示。由表1和圖3可知，各參數(shù)的變化規(guī)律有明顯的“三區(qū)”特征。

圖2 考察鉆孔布置圖

表1 煤層各參數(shù)綜合分析表

注：*指各帶相對40803工作面水平距離與垂高的倍數(shù)

(1)原始應(yīng)力區(qū)。該區(qū)位于保護(hù)層40803工作面前方55 m以外，相當(dāng)于原巖應(yīng)力狀態(tài)，由于11#煤層未受到采動影響，頂?shù)装鍩o明顯移動，煤層瓦斯壓力為原始值，平均為2.5 MPa；煤層透氣性較小，只有1.12 m2/(MPa2·d)，鉆孔瓦斯流量很小，只有0.055 m3/min。

(2)集中應(yīng)力區(qū)。該區(qū)位于保護(hù)層40803工作面前方30～55 m范圍內(nèi)。該范圍內(nèi)煤層應(yīng)力明顯高于原巖應(yīng)力狀態(tài)，受應(yīng)力集中的影響，11#煤層瓦斯壓力達(dá)到2.6 MPa，相比原始值高0.1 MPa。裂隙逐漸封閉，導(dǎo)致透氣性進(jìn)一步減低，只有0.75 m2/(MPa2·d)，且瓦斯流量隨之減小到0.042 m3/min。

圖3 煤層各參數(shù)變化規(guī)律

(3)卸壓區(qū)。11#煤層開始卸壓階段出現(xiàn)在40803工作面前方30 m到工作面后方15 m范圍內(nèi)，在卸壓帶內(nèi)，11#煤層膨脹變形增加到9.6210-3；透氣性得到顯著增加，最大為12.4 m2/MPa2·d，是初始透氣性系數(shù)的11倍，裂隙開始擴(kuò)張，瓦斯解析量逐步增大，流量值增加到0.87 m3/min，同時瓦斯壓力大大降低，最低到0.8 MPa。

明顯卸壓階段出現(xiàn)在40803工作面后方15～45 m范圍內(nèi)，11#煤層膨脹變形量達(dá)到峰值13.6710-3，超過了《防治煤與瓦斯突出規(guī)定》的有效膨脹變形6‰；煤層透氣性急劇增加到20.43 m2/(MPa2·d)，是初始透氣性系數(shù)的18.2倍；瓦斯放散速度顯著增加，鉆孔瓦斯流量最大達(dá)到0.98 m3/min，是卸壓前鉆孔瓦斯流量的17.8倍；同時，煤層瓦斯壓力急劇下降直至到0.0 MPa，低于《防治煤與瓦斯突出規(guī)定》規(guī)定的0.74 MPa。上述結(jié)果表明，保護(hù)層40803回采工作面45 m以后，位于保護(hù)范圍內(nèi)的11#煤層的突出危險性已經(jīng)消除，保護(hù)效果十分顯著。

4 小結(jié)

(1)實(shí)施保護(hù)層開采后，11#煤層瓦斯壓力已達(dá)到《防治煤與瓦斯突出規(guī)定》要求的安全開采范圍。

(2)實(shí)施保護(hù)層開采后，被保護(hù)層11#煤層的膨脹變形量達(dá)到13.6710-3，煤層透氣性增加到20.43 m2/(MPa2·d)，鉆孔瓦斯流量增大到0.98 m3/min。

(3)通過綜合參數(shù)考察分析表明，上保護(hù)層開采的防突效果明顯，確保了突出煤層安全生產(chǎn)。

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(責(zé)任編輯 張艷華)

珠三角地區(qū)再下調(diào)煤炭消費(fèi)總量

廣東省發(fā)改委聯(lián)合廣東省經(jīng)信委、廣東省環(huán)保廳以及廣東省統(tǒng)計局共同發(fā)布了《關(guān)于調(diào)整珠三角地區(qū)煤炭消費(fèi)減量控制目標(biāo)的通知》(以下簡稱《通知》)。《通知》要求，在“十三五”時期，珠三角地區(qū)的煤炭消費(fèi)量相比2015年下降約12%，2017年消費(fèi)總量控制在7514萬t以內(nèi)， 2020年控制在7006萬t，占全省消費(fèi)比重較2015年分別下降3%和6%。

而在此前出臺的《廣東省節(jié)能減排“十三五”規(guī)劃》里，明確提出要在2020年全省能源消費(fèi)總量控制在3.38億t，能源消費(fèi)結(jié)構(gòu)里煤炭消費(fèi)占比從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

貴州省教育廳自然科學(xué)研究項(xiàng)目(黔教合KY字[2014]283號)，貴州省科學(xué)技術(shù)基金項(xiàng)目(黔科合J字LKLS[2013]03號)

陳才賢，蘇靜，李文斌．上保護(hù)層開采區(qū)域防突措施效果考察分析[J].中國煤炭，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

陳才賢(1983-)，男，湖南郴州人，副教授，碩士，從事煤礦開采技術(shù)及巖石力學(xué)方面研究。