超大间距煤与瓦斯突出煤层群开采时保护层选择分析.pdf

第4 6 卷第7 期2023年7 月采矿与井巷工程超大间距煤与瓦斯突出煤层群开采时保护层选择分析煤炭与化工Coal and Chemical IndustryVol.46 No.7Jul.2023耿玉德，李顺利，曹书卿，李福杰（北京圆之翰工程技术有限公司，北京1 0 0 0 1 5）摘要：开采保护层是煤与瓦斯突出煤层区域防突的主要措施之一，阳泉矿区七元矿井开采煤层群，其中主采1 5 号煤层与上部8 2 号煤层平均间距8 0 m，为合理选择超大间距煤与瓦斯突出煤层群的保护层，从保护层的突出危险性大小、保护层的保护效果及下保护层开采对上部煤层的安全开采影响程度等进行分析论证，确定1 5 号煤层为相对理想的保护层，预计1 5号煤层开采后，对其上部的8 1、8 2 号煤层均具有较好的保护效果。关键词：超大间距煤层群；煤与瓦斯突出；保护层；开采顺序中图分类号：TD823文献标识码：B文章编号：2 0 9 5-5 9 7 9（2 0 2 3）0 7-0 0 1 7-0 3Analysis on the selection of protective layer in themining of coal seam group withsuper large spacingand gas outburstGeng Yude,Li Shunli,Cao Shuqing,Li Fujie(Beijing Yuanzhihan Engineering Technology Co.,Ltd.,Beijing 100015,China)Abstract:Mining protective layer is one of the main measures to prevent regional outburst of coal and gas outburst coalseam.The coal seam group is mined in Qiyuan Mine of Yangquan Mining Area.The average distance between the mainmining No.15 coal seam and the upper No.82 coal seam is 80 m.In order to reasonably select the protective layer of coaland gas outburst coal seam group with super large spacing,the outburst danger of the protective layer,the protective effect ofthe protective layer and the influence degree of the lower protective layer mining on the safe mining of the upper coal seamwere analyzed and demonstrated.It was determined that No.15 coal seam was a relatively ideal protective layer.It wasexpected that after the mining of No.15 coal seam,it would have a good protective effect on the upper No.81 and No.82 coalseams.Key words:super large spacing coal seam group;coal and gas outburst,;protective layer;mining sequence距6.2 9 m。各煤层均具有突出危险性，各煤层均属1概 况不易自燃煤层。矿井采用立井开拓方式，工业场地七元矿井位于阳泉矿区，矿井设计生产能力内布置1 个主立井、1 个副立井、1 个排研立井和5.00Mt/a，为新建矿井，矿井先期计划开采的北一1个中央回风立井。综合机械化采煤方法，全部冒盘区可采煤层为8 1、8 2、1 5、1 5 下号煤层，8 1 煤层落法管理顶板。由于七元矿井所采煤层均为突出煤厚度0.3 3 4.4 3 m，平均1.7 8 m，8 2 煤层厚度0 层，因此，在进行采掘之前，必须对煤层采取消突4.68m，平均1.2 6 m，1 5 号煤层厚2.8 0 4.6 2 m，措施-2。七元矿井为煤层群开采，具备开采保护层平均3.9 9 m，1 5 下厚度0 3.2 2 m，平均0.8 3 m。的条件，按照有关要求，优先选择开采保护层。但其煤层间距分别为8 1 煤与8 2 煤平均间距6.3 3 m、同时按照有关规定，优先选择无突出危险的煤层作82煤与1 5 煤平均间距8 0 m、1 5 煤与1 5 下煤平均间为保护层，而七元矿井所采4 层煤均具有突出危险责任编辑：任伟D0I:10.19286/ki.cci.2023.07.005作者简介：耿玉德（1 9 6 8 一），男，吉林德惠人，高级工程师。引用格式：耿玉德，李顺利，曹书卿，等.超大间距煤与瓦斯突出煤层群开采时保护层选择分析 J煤炭与化工，2 0 2 3，4 6（7)：1 7-1 9，2 2.172023年第7 期性，因此，正确选择保护层尤为重要。2各煤层突出危险性分析七元矿井为新建矿井，尚未揭煤，无法判断各煤层突出危险性强弱，主要参考与矿井相邻的其他生产矿井的实际资料，预测出各煤层突出危险性的强弱。煤瓦斯含量瓦斯压力瓦斯放散煤的坚固突出危险性煤层透气性层/(mt-l)8号19.169号13.1815号11.80（2）新景煤矿位于七元井田东部，为煤与瓦斯突出矿井。新景煤矿煤层瓦斯参数见表2。表2 新景矿各煤层瓦斯等基本参数Table 2 Basic parameters of each coal seam in Xinjing Mine煤层瓦斯压力/MPa3号1.38号2.312号1.0615号0.2Table 3 Determination gas parameters of No.8 and No.15 coal seams in Xindadi Company判定指标15号煤层单项指标实测值8号煤层单项指标实测值由表3 可知，新大地公司煤的破坏类型及瓦斯放散初速度均1 5 煤层的突出危险小于8 煤层，仅按照坚固性系数1 5 煤危险性大于8 煤。但1 5 煤层的瓦斯压力远小于8 煤层，按照突出危险性区域预测原则，1 5 煤层的突出危险性小于8 煤层。基于上述分析，8 号煤层突出危险性高于1 5号煤层，而且根据周边生产矿井实际情况，从抽放难易程度方面，1 5 号煤层虽然为较难抽放煤层，但其抽放难易程度略优于8 号煤层，更适合作为保护层。3保护层选择分析因七元矿井所采4 层煤均具有突出危险性，不具备选择无突出危险的煤层作为保护层的条件，因此，首采区（北一盘区）可采煤层4 层理论上均可作为保护层，但应优选开采保护效果较好、危险程度小且如果是下保护层开采时，不破坏被保护层开采条件的煤层作为保护层。18煤炭与化工（1）保安煤矿位于七元井田中东部，与七元矿井紧邻，该矿井8、9、1 5 煤层的瓦斯参数见表1。由表1 可知，保安煤矿8 号煤层的瓦斯压力为2.45MPa，瓦斯含量为1 9.1 6 m3/t，1 5 号煤层的瓦斯压力为1.3 1 MPa，瓦斯含量为1 1.8 0 m/t，而两煤层瓦斯放散初速度和坚固性系数相差不大，因此，突出危险性单项指标8 煤大于1 5 号煤层。表1 保安煤矿8 号、9 号、1 5 号煤层瓦斯参数Table 1 Gas parameters of No.8,No.9 and No.15 coal seams in Baoan Mine/MPa初速度P性系数综合指标K系数/(mMPa?d-)2.4518.101.5811.800.6 1.3117.71瓦斯含量/(mt)18.1712.2614.757.13表3 新大地公司8 号、1 5 号煤层瓦斯参数测定参数破坏类型瓦斯放散初速度P！坚固性系数厂下瓦斯压力P/MPaI-II22.24II-IV29作为保护层。矿井先期开采的北一盘区内可采煤层为8 1、8 2、1 5、1 5 下号煤层，从上、下保护层的最大保护垂距、各煤层瓦斯参数等方面分析如下。根据防治煤与瓦斯突出规定要求，保护层与被保护层之间的有效垂距计算公式，上、下保护层的最大有效距离：S 下=S下 B2S 上=S上 i2式中：S下、S上为下保护层和上保护层的理论有效垂距，m，8 煤工作面2 0 0 m，作为上保护层时，理论有效保护垂距5 5 m；1 5 煤工作面初期2 0 0 m，后期2 6 0 3 0 0 m，作为下保护层时，理论有效保护垂距1 4 5 m；为保护层开采的影响系数，当MM时，i=M/Mo，当MM时，i=1；M为保护层的开采厚度，m；M为保护层的最小有效厚度，取0.6 0.8 m；为层间硬岩（砂岩、石灰岩）含量系数，本矿井砂岩、石灰岩含量在6 0%左右，第4 6 卷钻孔瓦斯流量抽放难衰减系数/d-1易程度危险性结论0.6826.620.8214.390.67斯含量1 2.2 6 m/t，1 5 煤层0.2 MPa，瓦斯含量7.1 3m/t，1 5 煤层的瓦斯压力与瓦斯含量均小于8 煤层，按照区域预测的原则，判断突出危险性1 5 煤弱于8 煤。（3）新大地公司为煤与瓦斯突出矿井，新大地公司1 5 号、8 号煤层突出危险性单项指标对比见表3。0.170.43根据以上原则分析，应优选保护效果好的煤层(1)(2)突出0.129 70.475 40.377 20.280 30.0620.086 86 0.845 8较难由表2 可知，新景8 煤瓦斯压力2.3 MPa，瓦0.661.80较难较难突出突出突出耿玉德等：超大间距煤与瓦斯突出煤层群开采时保护层选择分析2=1-0.4 0.6=0.76。经计算，8 1、8 2、1 5、1 5 下煤层作为保护层的有效垂距计算结果见表4。根据表1 计算结果，对各煤层作为上、下保护层开采时的保护效果分析如下。（1）8 1 号煤层。8 1 号煤层作为上保护层时，对其下部的8 2 号煤层有保护效果，但最大保护垂距小于其与1 5 号煤层的间距（4 1.8 8 0+6.3 3），基本没有保护效果。（2）8 2 号煤层。8 2 号煤层作为上保护层时，最大保护垂距与1 5 号煤层的间距相仿，基本没有保护效果；作为下保护层时，对上部的8 1 号煤层具有一定保护效果。（3）1 5 号煤层。作为下保护层时，对其上部的8 1、8 2 号煤层均有保护效果。因此，在不考虑导水裂隙带影响情况的前提下，8 1、8 2 号煤层不具备作为上保护层的条件，对其下部的1 5、1 5 下号煤层基本没有保护效果；而15号煤层全区稳定，厚度大，开采后裂隙带高度大，可对上部的8 1、8 2 号煤层实现有效的消突，实现区域防突的目的，是较为理想的保护层。表4 各可采煤层对下部煤层的保护垂距计算Table 4 Protective vertical distance calculation of eachmineable coal seam to the lower coal seam煤层煤层厚度与下层保护垂距/m编号/m811.78821.26153.9915下0.834保护层开采对上部被保护层安全开采的影响七元矿井选择1 5 号煤层作为下保护层先行开采。1 5 号煤层先行开采对其上部煤层的影响程度，主要从4 个方面进行分析。（1）根据防治煤与瓦斯突出有关要求，开采下保护层时，不破坏上部被保护层的最小层间距离可以参考采用式（3）计算。H=KMcos 式中：H为允许采用的最小层间距，m；M为七元煤矿1 5 号煤层的开采厚度，按最不利情况考虑，取1 5 号煤层北一盘区最大厚度4.6 2