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1、摘要：以某矿保护层开采为实例，根据C5、C12保护层与被保护层C8煤层的位置关系及巷道布置情况，提出了以残余瓦斯含量和钻屑指标K1值2个指标对保护范围进行考察。从最大保护垂距、走向、倾向3个方面对保护范围分析得出：走向卸压角为60；C5对C8倾斜上下卸压角分别为70和77，C12对C8倾斜上下卸压角分别为69和90。运用FLAC3D软件对C12煤层留设的2#和12#上山煤柱影响范围进行模拟，模拟结果表明煤柱影响存在扩界效应。根据卸压角对煤柱扩界区域进行确定，在此基础上对1801和1802工作面进行区域划分。同时采取有效防突和效果检验措施，区域瓦斯抽放率达到了30%以上，预测及效检指标均不超限，
2、实现了安全回采。采上保护层效果检验技术研究煤与瓦斯突出严重影响了矿井安全生产开采保护层是最有效、最经济的防治措施通过对海孜矿上保护层开采效果研究结果表明:开采前后瓦斯压力及含量降低明显,卸压区内瓦斯抽采率可达33.2%;卸压区内煤层透气性系数比未卸压区的增大三倍;相似模拟实验表明9煤的膨胀率为8.1,综合分析确定开采上保护层后对9煤起到了明显的卸压保护作用,研究结果为相似条件下保护层开采提供了参考。关键词上保护层;保护效果检验;模拟实验中图分类号TD713文献标识码B引言近年来,由于我国煤矿井下深度和开采强度的增大,地质条件越来越复杂,高瓦斯和煤与瓦斯突出的矿井逐渐增多,瓦斯灾害事故频发,严重
3、威胁着煤矿安全生产,制约着矿井持续高效发展。淮北海孜煤矿7、8、9、10煤层均具有突出危险性,根据治理煤与瓦斯突出最有效、最经济的防治技术是开采保护层,该矿区首次尝开采保护层以消除煤层突出危险性,根据突出危险程度的大小,采取开采10煤为下保护层开采,在没有10煤开采的86采区,根据开采保护层不得破坏其它煤层的原则,只能先开采7煤作为上保护层,由于首次开采上保护层,按照有关规定必须对保护效果进行考察。2、保护效果检验开采上保护层之后,使上下地层产生强烈的拉张破坏,原来的挤压应力变成拉张应力;上覆煤岩层垮落、破裂、下沉弯曲或下伏煤层松动、破裂、上鼓,使得煤岩层的大量裂隙张开,地应力大范围的释放,彻
4、底破坏瓦斯的封闭应力,会使煤层渗透系数成千倍增大,瓦斯解吸、扩散时间缩短,渗流量迅速增大,产生卸压增流效应,煤层瓦斯压力、瓦斯含量会急剧下降。从而大范围有效的排放或抽放煤层卸压瓦斯,使得突出煤层变成非突出层,高瓦斯含量煤层变成低瓦斯含量煤层。因此开采上保护层之后必然引起被保护层的瓦斯压力及含量、煤层透气性、煤层形状等一系列的变化,本文的效果检验正是建立在这些变化规律的分析之上的。2.1瓦斯压力考察瓦斯压力共考察6个钻孔,布置在原始煤体内4个,布置倾向卸压线上及卸压线外各1个,瓦斯压力钻孔设计如图1所示实测瓦斯压力统计见表1图1瓦斯压力钻孔设计图表1实测瓦斯压力统计表，煤层保护层开采后,在理论卸
5、压线上(-304.46m)9煤瓦斯压力达0.45MPa,未开采保护层之前9煤瓦斯压力梯度如图2所示。 “乘机安全小贴士”安全出行要重视图2瓦斯压力梯度未开采保护层前同标高(-304.46m)瓦斯压力按瓦斯压力梯度计算为0.62MPa,开采前后压力降低明显差值为0.17MPa,而东边界处实测瓦斯压力最大为0.18MPa,说明86采区9煤层瓦斯压力沿走向方向分布为西高东低,根据现场情况推断瓦斯压力的分布规律:一是保护层卸压效果显现;二是86采区西边界为落差大于300m的大刘家正断层,断层附件煤层瓦斯经断层得到了散逸;两者共同作用使卸压范围内的瓦斯压力降低并小于0.74MPa,无突出危险性,从瓦斯压
6、力考察分析保护层开采后卸压区内瓦斯压力得到有效降低。2.2瓦斯含量考察瓦斯含量主要采用间接法,在井下采取新鲜煤样后,在实验室测定吸附常数a、b值及工业分析,并利用所测定的煤层瓦斯压力来计算煤层瓦斯含量。测定结果表明,762工作面卸压保护区最大瓦斯含量为5.13m3/t。未卸压前9煤层在标高至-294m时煤层瓦斯含量达到了8m3/t,煤层瓦斯含量达到突出危险临界值。对比可知,开采保护层前后瓦斯含量变化明显,表明保护层开采后受采动影响区域内煤层瓦斯赋存环境改变,形成卸压增流效应,现场在卸压区内施工穿层钻孔抽放9煤卸压瓦斯,进一步扩大煤层释放瓦斯的作用。从图3看出,穿层钻孔瓦斯抽采量随着762工作面
7、的推进呈现先上升再下降最后趋于稳定的趋势。主要是因为762工作面回采后,位于其下的9煤煤体受采动影响,地应力得到释放、缷压,裂隙开始发育,煤层透气性增加,利于煤层瓦斯运移,瓦斯抽采量开始上升;当开采到一定程度时,下方煤体充分缷压,裂隙发育完全,抽采量达到最大值;随着762工作面继续推进,煤层顶板下沉,采空区重新压实,9煤透气性降低,瓦斯抽采量降低而趋于一稳定值。经统计截止10月27日抽采量达到187491.53m3,抽采率达33.2%。图3 762上保护层压区抽采量与开采时间的关系图2.3煤层透气性考察煤层透气性是当测压钻孔的瓦斯压力稳定于最高值后,取下压力表卸除瓦斯压力,开始排放瓦斯,并测定
8、钻孔瓦斯流量,而后按一定步骤计算煤层透气性系数。原始记录表见表2。表2煤层透气性系数测试原始数据纪录表经计算可得出,9煤层煤层透气性系数在理论卸压线上是0.909m2/MPa2d,在理论卸压线以外(-304.46m)是0.301m2/MPa2d,在理论卸压线上煤层透气性系数是卸压线以外的3倍，基于保护机理分析,在保护层先行开采后,开采层周围的岩层和煤层向采空区方向移动、变形,其范围由岩石卸压角和移动角所限制。岩层经过不断移动,使得地层应力发生重新分布,在采空区上方形成自然冒落拱,压力则传递给采空区以外的岩层承受。这样,就对开采层周围的煤层(包括突出煤层在内)和岩层产生采动影响,突出煤层的瓦斯动
9、力参数将发生重大变化。随着离开采层距离的加大,岩石移动和变形减弱,采动影响也逐逐渐减弱,其规律一般按指数曲线变化。在采空区岩石移动直接影响范围内,地应力(包括地质构造成力)降低,突出煤层卸压,在垂直煤层层面方向呈现膨胀变形,由此,在煤层和岩层内,不仅产生新的裂隙,而且原有裂隙也将扩大,这将使得煤层透气性增大数十倍至数百倍。24相似模拟试验在对海孜矿工作面地质特征、工程地质特征和2淮南职业技术学院学报第11卷开采技术条件分析的基础上,进行了典型化相似材料模拟试验研究。模型原型依据海孜煤矿煤岩柱状,采厚和回采工艺,开采参数参照矿方作业规程,基本原理是相似理论。通过相似模拟试验得到与研究相关结论如下
10、:沿工作面倾向方向在9煤层中出现应力卸压区:此区对应于7煤层工作面在9煤层中深入采空区方向495m左右。在此区中,煤层内的应力低于原岩应力,煤层变形比较稳定,部分离层裂隙重新压实,垂直断裂裂缝部分闭合,此区是卸压瓦斯运移的通道。被保护9煤层最大膨胀量为2.2mm。3结论通过对海孜矿上保护层开采效果检验,可以得到如下结论:经效果检验分析,开采保护层后卸压区内考察钻孔的压力前后降低0.17MPa,卸压区内最大瓦斯含量仅为5.13m3/t,对比保护层开采之前,煤层瓦斯压力及含量均有较大变化。开采保护层后,结合抽采系统,抽采卸压瓦斯,进一步扩大卸压增流效应,抽采率达33.2%。9煤层煤层透气性系数在理
11、论卸压线上0.909m2/MPa2d,在理论卸压线以外(-304.46m)是0.301m2/MPa2d,在理论卸压线上煤层透气性系数是卸压线以外的3倍。根据相似模拟实验可得被保护9煤层出现应力卸压区,根据保护机理可知,该区域内煤层应力降低,煤层透气性增大,促使瓦斯排放,降低煤层瓦斯压力及含量,进而消除突出危险性;实验中得到9煤的最大膨胀量为2.2mm,膨胀率为8.1,满足卸压保护标准。经综合检验分析,保护区域内保护效果较好,起到了消除突出危险性的作用,保障了9煤的顺利安全开采;从现阶段检验效果手段来看,瓦斯压力及含量、煤层透气性系数变化对于检验起到主要作用,现场情况复杂模拟试验只能起到一定的辅助研究作用,检验还应以现场为主,其他检验手段尚需深入研究其变化与瓦斯突出能力的对应关系。3一类参照a