近距离煤层群上保护层开采防突优化设计

近距离煤层群上保护层开采防突优化设计

冯云浩

中煤昔阳能源有限责任公司黄岩汇煤矿山西晋中045300

摘要：近年来，国家经济发展十分迅速，对煤矿资源的需求也在不断增加，则这对煤矿开采工作也提出了更好的要求。在煤矿开采中，煤矿的瓦斯灾害是比较常见的，往往会造成大量的人员安全事故，对矿产的正常顺利开采也会造成很大的影响，因此，这就需要煤矿保护层的开采防突具有良好的效果，下面，本文就针对近距离煤层群上保护层效果进行分析，并对其开采防突进行优化设计，希望对类似开采防突具有参考作用。

关键词：近距离煤层群；保护层；开采防突；优化设计

1.开采保护层防突概述

在煤矿区域的防突措施中，主要是对保护层开采以及煤层的瓦斯预抽来实现的。如果煤层具有的透气性比较低，对其煤层实施常规性的抽采，其效果往往是不理想的，且钻孔瓦斯的浓度表现出下降十分快、瓦斯的流量也出现迅速的衰减，同时预抽的周期也是比较长的。在本案例突出煤层中其一般松软性煤层类型，其煤坚固性的系数在0.2-0.4的范围内，在实施封孔处理后，其孔壁的周围煤体具有的应力会重新进行分布，此过程往往会导致塌孔现象的发生，且这也是导致钻孔瓦斯的流量出现急剧下降主要的原因。借助水力冲孔的试验进行研究得知，钻孔的周围煤体出现充分垮塌且其应力的释放范围比较大的化，瓦斯抽采的流量和常规的钻孔相比是提高了3-5倍的。其保护层开采防突原理和水力的冲孔原理是比较相似的，均为借助一定范围煤体卸压对煤层的透气条件进行改善，来实现对瓦斯的流量增加，则在具有良好保护层的开采条件情况下，要先选择保护层开采来对区域实施防突[1]。

2.近距离煤层群上保护层开采防突优化设计

2.1矿井煤层其开采的保护层条件分析

本文中对一平硐煤进行分析，在其矿井的范围内，其可采的煤层是2、3和5煤，且3和5煤是主要的采煤层，而2煤是能够对其局部实施可采的，且2、3和5煤它们具有平均的厚度是0.83、1.62、2.40m。此矿井整体的构造呈现出不对称性向斜的状态，且其东南翼部分煤层具有倾角是比较缓的，于10°-25°的范围内，而西北翼的煤层倾角是比较陡的，于25°-70°的范围内。此煤矿地质的构造也呈现出复杂性特点，其中5煤是分支发育状态，且其3和5煤层具有普遍合槽情况，自建矿开始，在5煤中一共出现有36次突出情况，且其分支的突出情况有30次，而合槽的突出有5次发生。矿井2煤与3煤中是没有突出危险的，而5煤存在突出的危险。和地勘钻孔的资料以及生产过程揭露情况进行结合分析，在25采区中2煤是不可采的，且3煤和5煤的平均有17m间距，其层间距具体等值线情况如下图1表示。本文中保护层实施开采进行防突优化的试验，都于25采区内实施开展。

图1矿井25采区内3和5煤其层间距的等值线情况（单位m）

2.2保护效果考察

和矿井的实际情况进行结合，选择于2551的工作面底板其抽放巷的中部位置、2553的工作面底板其抽放巷的中部位置施工测压的钻孔以及抽采的钻孔等，并对抽采的浓度、抽采流量和影响半径变化的情况进行考察。在抽采中，煤层的透气性相关条件对抽采的效果有着很大的影响，若煤层的地质构造比较复杂，其煤体的应力状态没有改变，则透气性往往是比较差的，而通过对保护层开采能够有效的对此情况进行改善，特别是对近距离的保护层进行开采中，效果更好[2]。

本文中对比2组的钻孔情况，这2组存在5压力的测试孔以及1抽采孔情况，其钻孔全部都是通过平行实施布置的，且其间距为1m，在对其测压结果呈现出良好稳定性后，对其施工抽采的孔借助并联网实施抽放，同时还要对其压力以及抽采孔具有浓度与流量实际变化的情况实施准确的观测。按其照测试结果得出，在其2551的工作面其底板位置，其抽放巷位置钻孔内具有瓦斯的实际浓度呈现出较快衰减情况，进行30天的抽采工作后其衰减到了33%，且其下降幅度已经超过了60%。由于其2553的工作面其底板位置，抽放巷部位钻孔受到了其上部采空的区域影响，其煤岩具有的应力存在变化，进而造成其裂隙呈现扩张现象，而其瓦斯具有的浓度以及流量呈现变缓衰减的情况，其具有总流量值同2551的钻孔相比较，已经提升至2.1倍，按照最终的考察结果得知，在对保护层实施开采后，其抽采对半径影响由原来3m而增加到了5.2m。

2.3矿井防突措施优化设计

在对其保护层的开采效果进行考察后，其矿井把3煤当作5煤保护层的开采是具有不错保护的效果的，而此前矿井主要以底板的穿层钻孔来对5煤瓦斯进行预抽当作区域防突的措施。则在3煤的厚度对开采条件满足下，要先把其当作5煤保护层实施开采，且还要对5煤内瓦斯实施预抽处理。在对其近距离的煤层群实施保护层的开采中，其保护层的工作面具有瓦斯的涌出量主要是来自本煤层内以及被保护层内，在完成其被保护层的卸压处理后，则瓦斯就会朝其保护层的工作面实际涌出的量通过其排放率来表示，此值和煤层的间距以及倾角等存在密切关联。当其层间距为10-15m范围内时，其下部的被保护层能够解吸瓦斯自然情况下的排放率超过了80%，若没有对瓦斯进行钻孔来抽采处理，则很容易就可能导致其上部的保护层于开采中其工作面出现瓦斯的超限情况[3]。

通过穿层钻孔来对煤层瓦斯进行抽采，要保证其孔间距具有良好合理性，对间距进行缩小尽管可降低瓦斯沿着其顺层裂隙而进入到钻孔沿程的阻力值，但是却对工程量造成了加大，而如果其孔间距过大存在的话，就会对其抽采的效果造成影响，并不能实现消突效果。在通过对保护层实施开采后，进而来对抽采的影响半径实施测定，为了避免产生抽采的盲区，要按照下图2所示的原理进行钻孔的布置，也就是孔间距为L=R，通过实测得出R=5.2m，进而计算L=7.4m，则沿着煤层的走向和倾斜面的方向，其矿井要按照7.4m孔间距进行抽采钻孔的布置。

图2抽采钻孔的布置图

结语：综上所述，通过对一平硐煤的矿井范围内矿井煤层其开采的保护层防突措施进行有效的优化，可以有效减少煤层内瓦斯朝上涌入到保护层的工作面，实现对瓦斯的超限事故预防，希望对煤矿开采具有一定参考价值，为矿井安全开采提供帮助。

参考文献：

[1]冯京波.近距离煤层群保护层开采提升产能在新景矿的实践[J].能源技术与管理，2017（3）.00184-00185.

[2]杨军伟，何文钦，陈建玉，etal.近距离煤层群上保护层开采在义忠煤矿的应用[J].煤炭技术，2015，34（6）：21-23.

[3]张东明，代沛，齐消寒，etal.缓倾斜煤层群上保护层开采采动应力演化规律[C]//工业建筑2015年增刊Ⅰ.3-3.