永荣煤矿11401上保护层开采效果考察报告Word下载.docx

永荣煤矿11401上保护层开采效果考察报告Word下载.docx

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前言

根据贵州吉顺矿业有限公司晴隆县鸡场镇永荣煤矿（以下简称永荣煤矿）目前的生产情况，以永荣煤矿《防治煤与瓦斯突出专项设计》为基础；

经贵州吉顺矿业有限公司、永荣煤矿、重庆迪苒矿山工程设计有限公司共同研究，根据永荣煤矿C14煤层赋存情况及11401开采条件，在对C14煤层采取瓦斯综合治理措施的条件下进行开采C14煤层保护C15煤层的效果考察，具体的考察的工作面为C15煤层的11501运输巷和11501回风巷。

在考察效果各方的密切配合下，永荣煤矿11401上保护层开采保护效果考察已取得了圆满成功。

目前，保护层工作面11401已经于2015年11月回采完毕，被保护层掘进工作面11501运输巷和11501回风巷按照永荣煤矿《防治煤与瓦斯突出专项设计》施工验证，已于2016年12月分别掘进至距巷道开口152m和56m处。

永荣煤矿11401上保护层开采的效果及合理保护范围参数进行了全面的考察、验证、分析和确定，考察验证确定出了C14煤层的卸压保护角以及其它合理保护参数。

通过11401保护层开采效果分析及11501准备工作面煤巷掘进验证考察的结果，认为在保护层工作面11401开采以后，按照《防治煤与瓦斯突出规定》第五十七条：

在煤巷掘进工作面和回采工作面分别采用本规定第七十四条、第七十八条所列的工作面预测方法对无突出危险区进行区域验证及第五十八条：

当区域验证为无突出危险时，应当采取安全防护措施后进行采掘作业。

被保护层范围及目前被保护的11501准备工作面掘进巷道在受到有效卸压保护的区域内，其煤与瓦斯突出危险性已经消除。

第一章矿区基本情况

1.1地质概况

永荣煤矿矿区内地层为单斜构造，局部断层较发育，矿区内F4断层对煤层破坏作用较大，F203、F3只发育在三叠系地内，因此它们对煤层没有破坏作用，F4、F6021、F6022、F601均有钻孔控制，断层已查明。

F1、F2、F5、F6断层位于矿区边界外。

地层产状沿走向及倾向变化不大，构造复杂程度为中等构造。

此外，落差小于2m的断层在C15煤层中仍有可能存在，掘进过程中需探明前方构造后方可掘进。

从地面调查及钻孔揭露情况看，断层的富水性、导水性均较弱。

基本认为本矿区水文地质复杂程度总体为以顶板进水为主的水文地质条件简单的裂隙充水矿床，水文地质类型为二类一型。

1.2瓦斯

（1）瓦斯等级鉴定

根据黔能源煤炭[2011]790号文，《关于黔西南州煤炭局〈关于上报黔西南州2011年度煤矿瓦斯等级鉴定的报告〉的批复》，“鸡场镇永荣煤矿矿井最大绝对瓦斯涌出量为3.62m3/min，相对涌出量77.47m3/t；

绝对二氧化碳涌出量为0.59m3/min，相对涌出量17.86m3/t；

矿井瓦斯等级为高瓦斯矿井。

（2）煤与瓦斯突出鉴定

二○一一年十一月河南理工大学煤矿安全工程技术研究中心对本矿C14、C15煤层进行了煤与瓦斯突出鉴定，并提交了《晴隆县鸡场镇永荣煤矿C14、C15煤层煤与瓦斯突出鉴定报告》，根据该报告，C14、C15煤层均具有煤与瓦斯突出危险性,C14、C15煤层均为煤与瓦斯突出煤层。

本矿井按煤与瓦斯突出危险性矿井设计。

1.3煤尘爆炸性

根据贵州省六枝工矿（集团）恒达勘察设计有限公司实验室2007年12月5日提交的《晴隆县永荣煤矿煤尘爆炸性鉴定报告》，该矿C14、C15煤层煤尘均无爆炸危险性。

1.4煤的自燃倾向性

根据贵州省六枝工矿（集团）恒达勘察设计有限公司实验室2007年12月5日提交的《晴隆县永荣煤矿煤炭自燃倾向性鉴定报告》，该矿煤层C14自燃倾向为III类，属不易自燃煤层，C15煤层自燃倾向为III类，属不易自燃煤层。

第2章工作面概况

一采区11403位于C14煤层，平均厚度为2.2m，与C15煤层层间距平均为29.13m，属于中距离上保护层开采类型。

根据C14、C15煤层具体的赋存条件，以及开采上保护层瓦斯治理技术途径，本报告按照矿井《防治煤与瓦斯突出专项设计》就保护层和被保护层区域进行效果考察设计。

2.1保护层与被保护层工作面回采巷道布置

C15煤层目前掘进11501运输巷及11501回风巷和上保护层C14煤层的11401位于同一采区（即：

一采区），按照矿井《开采设计》原11401采面运输巷按照+990m标高进行掘进536m与11401回风巷按照+1046m标高掘进475m后施工11401采面切眼进行贯通，形成进回风系统（该工作面于2015年11月回采完毕）。

11501准备工作面按照设计在+990m石门施工11501运输巷472m与在+1020m石门施工11501回风巷420m后，施工11501采面构成负压通风系统（目前该工作面未形成）。

根据永荣煤矿《11401保护层开采与11501准备工作面被保护层开采保护效果分析报告》11501准备工作面的掘进巷道均在被保护范围内。

后附：

工作面布置见图

第3章一采区11401上保护开采效果考察设计

根据《防治煤与瓦斯突出规定》区域措施效果检验第五十一条：

当采用残余瓦斯压力、残余瓦斯含量检验时，应当根据实测的最大残余瓦斯压力或者最大残余瓦斯含量按本规定第四十三条第（三）项的方法对预计被保护区域的保护效果进行判断。

若检验结果仍为突出危险区，保护效果为无效。

因此，在11501运输巷分别距巷道开口102m及150m处施工两个钻场各布置两个检验钻孔及11501回风巷距巷道开口54m处施工钻场布置两个检验钻孔，共计6个检验钻孔进行区域措施效果检验。

11501运输巷检验钻孔设计图

11501回风巷检验钻孔设计图

第4章一采区11401上保护层开采保护效果分析

C14煤层在本区平均厚度2.2m，与C15煤层层间距平均为29.13m，属于中距离上保护层开采类型。

该煤层在本区赋存较稳定，C14与C15煤层层间岩层以粉砂岩为主。

C14煤层作为C15煤层的上保护层先期开采后，必然对下部C15煤层的瓦斯、地应力起到一定程度的卸压作用，进而使煤层的突出危险性得以减弱乃至消除。

4.1国内上保护层开采的实践

所谓保护层一般是指突出矿井在煤层群中首先开采的非突出煤层或弱突出煤层，该煤层开采后，能使邻近的突出煤层丧失或降低突出危险性，从而达到防止煤与瓦斯突出的目的。

保护层的开采使得周围的煤、岩层向采空区方向变形和移动，地应力重新分布，采空区上方形成自然冒落拱，压力传递给采空区以外的岩层承受。

采空区上、下方的岩体向采空区膨胀变形，地应力向开采空间的周围转移，从而使得采空区上、下方煤岩体内的应力降低。

此外，卸压带范围内煤岩层中产生新的裂隙，原有裂隙也张开扩大。

在距保护层一定距离内，这些裂隙可彼此贯通，使得煤层透气性增高数十到数百倍，甚至与保护层采空区连通，提供了被保护层解吸瓦斯的涌出通道。

被保护层的卸压提高了瓦斯的排放能力，瓦斯不断涌出后，瓦斯压力下降，煤的力学强度也相应提高。

因此，保护层开采后，采空区上、下方煤岩体应力降低，透气性增大，煤层瓦斯压力下降。

从而对被保护层起到卸压保护作用，突出危险性降低或消除。

其保护作用原理见图1。

我国一些突出矿井倾斜煤层上保护层开采的实践效果如表3所示。

由表3可以看出，在煤、岩层倾角27°

～62°

，保护层厚度小于0.5m，层间垂距6～90m，相对层间垂距R（即层间垂距与采高比）为9～160之间的条件下，上保护层的开采取得了很好的防止煤与瓦斯突出的效果，在其保护范围内，被保护层不具有突出危险性。

应力降低,煤层卸压激发突出的作用减少

透气性增加瓦斯压力梯度降低消除（或降

低）煤与瓦

瓦斯排放发展突出的瓦斯作用减少斯突出危险

煤体强度增高煤体抵抗破坏能力增加

图1保护层防治煤与瓦斯突出原理框图

永荣煤矿一采区11401上保护层开采C14煤层平均倾角为23°

，上保护层的开采厚度为2.2m，保护层与被保护层之间的垂距为29.13m，相对层间距为13.24。

在永荣煤矿这样的条件下开采上保护层C14煤层比表3的多数矿井更有利于降低或消除被保护层的突出危险。

因此，根据国内的成功经验，开采C14煤层作为C15煤层的上保护层，将能够取得很好的防止煤与瓦斯突出的效果。

表3我国一些突出矿井上保护层开采的实践效果

煤　田矿　　井　保护层　厚　度　倾　角　突出层　层间垂距R=h/m保护效果

名称（米）（度）（米）

南桐鱼田堡矿30.73046～99～13无突出

南桐南桐一井30.62746～1010～16无突出

南桐东林井30.064～0.09304667～94无突出

天府磨心坡矿20.5～0.660970～90140～160无突出

天府磨心坡矿70.50.66092542～50无突出

天府刘家沟矿51.16096458无突出

松藻松藻二井60.8～13081616～20无突出

鸡西滴道四井130.624126～1210～20无突出

北票台吉一井3C0.84641924无突出

北票台吉三井21.26232218无突出

北票台吉一井3A1.55042819无突出

北票冠山二井3A1.44141/26043无突出

白沙红卫里王庙井50.83063038无突出

涟邵洪山殿蛇形山井1上1.15303中3530无突出

涟邵洪山殿蛇形山井1上1.1530445～5039～43无突出

水城老鹰山矿81.328122116无突出

六枝地宗矿31.235074335无突出

4.2上保护层保护作用的理论分析

保护层的保护作用随层间距的增大而减小，达到某一临界距离时，保护作用消失。

确定上保护层的有效层间距，可以采用如下三种方法确定。

（1）根据《防治煤与瓦斯突出规定》的推荐，缓倾斜和倾斜上保护层开采的有效垂距为小于50m。

（2）根据保护层厚度、顶板管理方法、回采工作面长度和开采深度等因素，按如下公式确定上保护层开采的有效垂距：

S上=h上β1β2

式中：

S上—上保护层的最大有效层间垂距，m；

h上—上保护层的理论有效层间垂距，m，它与工作面长度a和开采深度H有关，当a＞0.3h时，则取a=0.3h，但a不得大于250m；

β1—保护层开采影响系数，当M≤mo时，β1=M/mo，当M＞mo时，β1=1；

M—保护层开采厚度，m；

mo—开采保护层的最小有效厚度，m；

β2—层间硬岩（砂岩、石灰岩）含量系数，以η表示硬岩在层间岩石中所占的百分比，η≥50%时，β2=1-（0.4η/100），η＜50%时，β2=1。

按照这一方法的计算公式计算得出的11401上保护层开采的有效保护垂距为89.82m。

（3）保护层的保护作用不仅与层间距离有关，而且与保护层的开采厚度有关。

因此，在讨论保护作用时，应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，即层间垂距与采高的比值R=h/m。

相对层间距越小，保护作用越充分，反之亦然。

保护层开采的实践经验表明：

开采上保护层的相对层间距R＜75m时，被保护层从未发生过突出。

因此，可以把上保护层开采时相对层间距R＜75m作为选择保护层的一个依据。

对于11501准备工作面，C15煤层距C14煤层29.13m，R=h/m=13.24。

因此，C15煤层与C14煤层的间距远小于上保护层开采的最大有效层间距50m，且其R值亦远小于75m，说明C14煤层11401开采后，将对C15煤层产生非常好的保护效果。

4.3一采区11401保护层有效保护范围分析

11401开采煤层沿走向和沿倾斜的被保护范围应按照走向卸压角和倾向卸压角划定。

4.3.1概述

①上保护层11401回采工作面煤平均2.2m厚，大于0.5m，且在2015年11月已回采结束，卸压11个月，大于《防治煤与瓦斯突出规定》3个月的时间规定，卸压比较充分；

经过实测11401采空区工作面与11501准备工作面平均垂距约为29.13m，小于上保护层有效层垂距50m，符合保护层的条件。

②已回采结束的C14煤层11401采面走向长467～536m，倾向长234～286m,11501准备工作面的走向长440m，倾向长114m,根据《防治煤与瓦斯突出规定》第48条及附录D计算如下：

4.3.2保护层开采范围

①、保护层工作面沿倾斜方向的保护范围

保护层工作面沿倾斜方向的保护范围按下表中卸压角δ进行划定：

保护层沿倾斜方向的卸压角

矿井C14、C15煤层的倾角为23°

，本报告按煤层倾角23°

考虑，则沿倾斜上、下方向的卸压角

为75°

，

。

C14号煤层开采时，C15号煤层沿倾向的保护范围如下计算：

L被保=L保-

-

=234-

=218.39m（最窄）

=286-

=270.4m（最宽）

L被保——被保护煤层的宽度，m；

L保——已开采的保护层的宽度，m；

H垂——保护层与被保护层的垂距，m；

取平均垂距值29.13m

δ——保护层的卸压角，75°

、75°

上式说明：

被保护层C15煤层被保护的宽度为218.39～270.4m，而11501准备工作面的宽度为114.11m（注明：

11501准备工作面中部上覆有一段11401采空区隔离煤柱15.53m，经计算卸压角到11501准备工作面未被保护层31.15m），11501运输巷及11501回风巷在保护层的保护范围内。

11501准备工作面倾向与保护层的相对位置关系示意图

②沿走向方向的保护范围

×

2=467-

2=427.7m（最短）

4=536-

3=477m（最长）

L被保——被保护煤层的长度，m；

L保——已开采的保护层的长度，m；

δ——保护层的卸压角，56°

～60°

，取56°

被保护层C15煤层的11501准备工作面，11501运输巷被保护走向长度为477m，全部在保护区域范围内；

11501回风巷沿走向布置（除隔离煤柱压覆下75.18m掘进巷道）还剩被保护长度为352.52m,即352.52m被保护距离全部在保护区域范围内。

保护层沿走向影响范围示意图

根据11501准备工作面与上覆C14煤层11401回采后的采空区空间位置关系，经分析确定：

11501运输巷按照《作业规程》设计长度472m，被保护范围长度477m,巷道全部在保护区域卸压范围内，属于被保护层区域范围内。

11501回风巷按照《作业规程》设计长度420m,被保护范围长度427.7m;

在现有掘进工作面的正前方53m以外有75.18m上覆隔离煤柱未被保护区域。

因此，11501回风巷属于被保护区域范围还剩352.52m。

针对11501回风巷75.18m上覆隔离煤柱未被保护区域必须制定具有针对性的区域防突措施进行施工。

第5章11501准备工作面煤巷掘进对保护效果的验证考察

在11501准备工作面煤巷的掘进过程中，对瓦斯涌出量进行了测定，并对掘进工作面的突出危险性进行了预测。

这些测定资料更直接地反映了11501准备工作面煤层突出危险性的大小，即对C15煤层的被保护效果进行实际的验证。

5.1煤巷掘进工作面的瓦斯涌出情况

在处于被保护层卸压区的C15煤层11501运输、回风巷掘进工作面，瓦斯涌出量大幅度降低。

在掘进工作面风量350～390m3/min的情况下，根据矿井环境监测系统以及人工巡检所记录的工作面风流瓦斯浓度数据，掘进工作面瓦斯浓度一般在0.14～0.35%左右，没有出现过瓦斯浓度超限。

同时，从实测的工作面瓦斯涌出量资料也可看出，掘进工作面绝对瓦斯涌出量均在1.3m3/min以下，说明煤层残余瓦斯含量低。

这些情况说明，在11401开采过后，在其保护范围内对11501准备工作面起到了保护作用，瓦斯得到了充分的释放，且保护效果非常明显。

5.2煤巷掘进工作面的突出危险性预测结果

①煤巷掘进工作面突出危险性预测结果如表2所示。

由此可以看出，11501工作面顺槽掘进工作面的突出危险性预测指标，均未超过《防治煤与瓦斯突出规定》所规定的钻屑量钻屑瓦斯解吸指标K1（mL/g•min1/2）0.5和钻屑量S（kg/m）6的临界值。

这说明C14煤层的11401先期开采以后，C15煤层顺槽条带得到了充分卸压，没有突出危险性，处在被保护范围之内。

前面计算得出的11401开采以后煤层倾斜方向的卸压角为75，现根据11501准备工作面煤巷掘进情况进行突出危险性验证统计。

表211501准备工作面煤巷掘进工作面突出危险性预测结果

巷道名称

预测

次数

S（Kg/m）

K1（l/min）

测量值范围

平均值

11501运输巷及11501回风巷

37

1.4～2.5

2.1

0.16～0.39

0.25

②、实测残余瓦斯压力评价：

根据贵州吉顺矿业有限公司瓦斯实验室技术人员分别于2016年10月23日、2016年12月15日对11501准备工作面未采取预抽前进行区域检验范围进行取样。

实测得残余最大瓦斯压力为0.435MPa，均小于0.74MPa。

达到《防治煤与瓦斯突出规定》第四十三条第三款的规定。

永荣煤矿11501准备面区域效果检验瓦斯实验测试报告单统计台账

③实测残余瓦斯含量评价：

根据贵州吉顺矿业有限公司瓦斯实验室技术人员分别于2016年10月23日、2016年12月15日对11501准备工作面未采取预抽前进行区域检验范围进行取样。

实测得最大残余瓦斯含量为5.3517m³

/t，小于8m³

/t。

第6章结论

（1）通过上述综合分析和研究可以看出永荣煤矿进行11401的保护效果考察及11501准备工作面煤巷掘进保护区域范围检验实测得最大残余瓦斯压力0.435MPa，瓦斯含量为5.3517m3/t。

按《防治煤与瓦斯突出规定》第五十三条规定：

根据残余瓦斯含量进行检验，并且煤层残余瓦斯压力小于0.74MPa或残余瓦斯含量小于8m3/t的预抽区域为无突出危险区，否则，即为突出危险区，预抽防突效果无效；

经区域效果检验结果为11403采面区域为无突出危险区。

并进一步确定上保护层的11401开采后对下保护的C15煤层起到了很好的保护效果，11501准备煤巷掘进工作面验证考察没有出现有突出危险的迹象。

据此，我们认为，11501准备工作面处于其上部11401保护层开采保护范围内的C15煤层区域，已经消除突出危险。

问题及建议

1、在生产中对矿井通风系统进行优化，确保实现各采、掘工作面独立通风，以满足通风与安全要求。

2、按规定设置安全设施，并确保设施质量，并加强对通风设施的管理。

3、在掘进工作面掘进过程中，必须坚持“四位一体”防突措施。

加强瓦斯地质测量工作，特别注意小断层、隐伏断层的赋存情况。

4、加强防突安全培训，提高管理人员与防突人员对煤与瓦斯突出的认识与防突技能。

5、严格按瓦斯抽放专项设计要求加强瓦斯抽放，提高抽采效果。

6、加强对掘进工作面作业规程的会审，提高作业规程中防突措施的具体性、针对性与可操作性。

7、加强对井下机电系统的管理，按有关规定定期检测与检修有关设备，使其处于完好状态。

8、在实施防突综合治理专项基础上，不断测定煤层瓦斯参数，不断完善防突措施，摸索出一套适合于本矿的综合防突方法。

9、在掘进过程中，要加强瓦斯管理，严禁超批超掘。

10、矿井安装完善了监测监控系统、井下人员定位系统、紧急避险系统、压风自救系统、供水施救系统和通讯联络系统等技术装备，在生产过程中要对各系统加强管理，确保系统完好。

11、11501准备工作面回采前，应准确掌握11401开采保护层工作面各种煤柱的留设情况。

对于C14煤层中留下的煤柱，煤柱影响范围可按走向和倾向保护卸压角确定，在煤柱的影响范围内的C15煤层必须按突出煤层管理。

1、11501准备工作面布置见图

2、11501运输巷检验钻孔设计图

3、11501回风巷检验钻孔设计图

4、永荣煤矿11501准备面区域效果检验瓦斯实验测试报告单统计台账

5、11401保护层划分区域图

6、11501准备工作面掘进巷道取芯钻孔设计图