关键层对煤层群开采瓦斯卸压运移“ 三带”

三带计算
采用长壁垮落采煤法，当采深达到采高的25倍以上时，上覆岩层移动、变形和破坏可分为三个带。

一、垮落带及断裂带：
Hm=m/(k-1)cosa
式中：
m-----煤层厚度
k-----垮落岩石碎涨性系数
a-----煤层倾角
Hm-----垮落带高度
Hm=m-w/(k-1)cosa
式中：
w-----垮落过程中顶板下沉值
H2-----断裂带高度
H1=（1-3）Hm
式中：
H1-----断裂带高度
注：垮落带高度视岩性的不同，一般为采高的3-5倍
断裂带与垮落带的总高度一般为煤厚的9-35倍
弯曲带为位于断裂带上直至地表。

二、采煤顶板一次垮落高度：
H=m/(k1-1)
式中：
m-----煤层厚度
k1-----岩石初始碎涨系数，一般取1.3
三、充分采动和超充分采动时地表最大下沉量：
Wcm=qmcosa
式中：
m-----煤层开采厚度
a-----煤层倾角
q-----充分采动时地表下沉系数，长壁垮落采煤发q取0.6-1.0 四、地表最大水平移动值
Ucm=bWcm
式中：
b-----水平移动系数，有实测资料分析。

五、最大下沉角：
θ=90°-Ka
式中：
a-----煤层倾角
K-----开采影响的传播系数，K=0.5-0.8。

试论低透高瓦斯煤层群安全开采关键技术摘要：瓦斯是一种爆炸性气体，对井下员工的生命安全有很大的危害性。

而高瓦斯突出矿井经常会发生瓦斯爆炸事故，会给煤矿企业带来巨大的经济损失和人员伤亡。

因此需要采取有效措施确保高瓦斯煤层群的安全生产，本文主要针对低透层高瓦斯群为研究对象，对一些常见的安全开采关键技术进行探讨。

关键词：高瓦斯煤层全安全开采技术一、低透高瓦斯煤层群的概况随着煤矿的开采量不断提高以及煤矿开采深度的不断增加，地质条件的复杂性使得煤矿生产的安全性要求也越来越高，所以如何有效解决低透高瓦斯煤层群安全开采过程中的瓦斯灾害，为矿井生产提供有力的安全保障，成为了人们关注的焦点问题。

但是瓦斯作为一种经济、环保的高效能源，可以给生产生活带来许多便利，因此对于瓦斯的处理问题不单单是依靠抽放的方式避免瓦斯灾害给矿井生产带来的威胁，更重要的是在改善矿井生产的同时合理的开发利用这种燃料资源。

现阶段煤矿与瓦斯共同开采技术是对传统瓦斯治理技术的一种革新，从低透高瓦斯煤层群中抽采利用瓦斯已经进入了矿井生产的正常工艺流程。

从而有效的提升矿井生产的经济效益和社会效益。

二、低透高瓦斯煤层群开采的关键技术在对低透高瓦斯煤层群进行开采的过程中，需要采取有效的措施来预防瓦斯爆炸事故的发生。

以下就对低透高瓦斯煤层群开采的关键技术进行具体分析：（一）瓦斯的合理利用由于矿井中的瓦斯是客观存在的，尤其是在低透高瓦斯煤层群当中瓦斯灾害更加需要引起重视，所以要防止瓦斯爆炸事故的发生，主要目的就是通过抽放来减小煤体中赋存的瓦斯含量，即切断瓦斯涌出的源头或者减少瓦斯来源。

而且对于低透高瓦斯煤层来说，瓦斯抽放的效果显得尤为重要，为了能够增加瓦斯的回收利用率，需要将传统抽放的方式改为全面卸压开采抽采瓦斯的方法。

卸压开采抽采瓦斯的技术要点如下：（1）低透高瓦斯煤层群保护层开采卸压抽采瓦斯在低透高瓦斯煤层群当中，保护层的开采和瓦斯抽采是解决危险煤层与瓦斯突出和实现安全生产的有效措施。

煤层瓦斯赋存规律
煤层瓦斯赋存规律是指煤矿中煤层瓦斯的分布、存在形式及其规律。

煤层瓦斯是由煤中的有机质在埋藏过程中形成的，在煤矿开采过程中具有潜在的危险性。

煤层瓦斯的赋存规律对煤矿安全生产具有重要意义。

煤层瓦斯赋存规律可以归纳为以下几个方面：
1. 吸附瓦斯：煤层中的瓦斯主要以吸附态存在于煤体孔隙中。

随着压力的减小或温度的升高，吸附瓦斯可以解吸并逸出。

吸附瓦斯的赋存量受煤种、煤质、压力及温度等因素的影响。

2. 渗透瓦斯：煤层中的瓦斯可以通过煤层间隙或裂隙的渗透而存在。

渗透瓦斯的赋存与煤层孔隙度、赋存压力、地应力及煤层裂隙特征等因素有关。

3. 包裹瓦斯：煤层中的瓦斯可以包裹在煤体中的微小气泡中存在。

包裹瓦斯的赋存量受煤体孔隙结构、煤质及煤体松散程度等因素的影响。

4. 瓦斯运移规律：煤层瓦斯的运移与煤体孔隙连通性、地应力、渗透能力等因素有关。

瓦斯通常遵循从高压区到低压区的流动规律，地质构造、矿井开采等因素会影响瓦斯的运移路径和速度。

了解煤层瓦斯赋存规律对煤矿安全生产具有指导意义，可以帮
助矿井管理人员做好瓦斯抽放、通风以及瓦斯爆炸防治等工作，从而提高煤矿的生产安全性。

岩层“上、下三带”力学特性作者：李鹏来源：《中国科技博览》2013年第37期摘要：上、下三带理论经过理论研究和生产实践已发展得日趋完善，该理论对工作面顶板控制和在承压水上安全开采评价及防治矿井底板突水灾害中起了重要作用。

通过本文介绍对上述理论更深入的理解，更好地推广应用，为矿井安全生产服务。

关键词：上三带；下三带；煤矿开采1 采场上覆岩层三带理论1.1 上三带的划分工作面煤层开采后，采用垮落法处理采空区，采出空间周围的岩层失去支撑而向采空区内逐渐移动、弯曲和破坏，根据采空区覆岩移动破坏程度，可以分为“三带”，即垮落带、裂隙带和弯曲下沉带，如图1所示。

（1）垮落带：破断后的岩块呈不规则垮落，排列也极不整齐，松散系数比较大，一般可达1.3-1.5。

但经重新压实后，碎胀系数可降到1.03左右。

此区域与所开采的煤层毗连，很多情况下是由于直接顶岩层冒落后形成的。

（2）裂隙带：岩层破断后，岩块仍然排列整齐的区域即为裂隙带。

它位于冒落带之上，由于排列比较整齐，因此碎胀系数较小。

（3）弯曲下沉带：自裂隙带顶到地表的所有岩层称为弯曲下沉带。

弯曲带内岩层移动的显著特点是，岩层移动过程的连续和整体性，即裂隙带顶以上至地表的岩层移动是成层地、整体性地发生的，在垂直剖面上，其上下各部分的下沉差值很小。

若存在厚硬的关键层，则可能在弯曲带内出现离层区。

1.2 上三带的范围（1）冒落带的分布范围冒落带位于覆岩的最下部，煤层采空后，上覆岩层失去平衡，从紧靠煤层的顶板岩层开始冒落，并逐渐向上发展，直到开采空间被冒落的岩块充满。

冒落带的高度主要取决于采出厚度和上覆岩石的碎胀系数，通常为采出厚度的3～4倍，薄煤层开采时冒高较小，一般为采煤厚度的1.7倍左右。

顶板岩石坚硬时，冒落带高度为采出厚度的5～6倍；顶板为软岩时，冒落带高度为采出厚度的2～4倍。

（2）裂隙带的分布范围裂缝带位于冒落带之上，具有与采空区相通的导水裂隙。

冒落带和裂隙带合称为两带，又称冒落裂隙带，在解决水体下采煤时，称两带为导水裂隙带。

科技成果——基于关键层位置的“导高”预计方法适用范围岩层采动裂隙是矿井突水、邻近层瓦斯运移的主要通道，如何准确预计具体开采条件下的“导高”，是煤矿水体下采煤设计、顶板突水灾害防治、邻近层瓦斯抽采与防治的基础。

该方法可用于不同开采条件下采动覆岩竖向贯通裂隙发育高度（简称“导高”）的预测，在煤矿保水开采、煤与瓦斯共采、采动覆岩隔离注浆充填等煤矿绿色开采领域有广阔的适用性和推广应用前景。

技术原理煤层开采引起的覆岩裂隙演化与采动岩层破断运动有关，采动岩层破断运动受关键层的控制，因此采动裂隙演化必然受关键层结构的影响。

事实上，覆岩关键层位置会影响采动裂隙发育高度，只有当关键层位置距开采煤层小于某一临界高度时，该关键层破断裂缝才会贯通成为导水裂隙，且受该关键层控制而同步破断的上覆岩层破断裂缝也会贯通成为导水裂隙。

关键层破断裂隙贯通的临界高度可按（7-10）倍采高取值，据此提出了基于关键层位置的“导高”预计新方法。

关键技术现有的《建筑物、水体、铁路及主要井巷煤柱留设与压煤开采规程（2000）》（简称《规程》）中的统计经验公式预计方法将顶板岩性统计均化为坚硬、中硬、软弱进行顶板导水裂隙带高度预计，未考虑具体开采条件下特定的覆岩关键层结构与破断特征，在特定开采条件下，会导致预计的覆岩导水裂隙带高度与实际偏差很大。

基于关键层位置的“导高”预计新方法可以充分体现具体开采条件下覆岩关键层结构特征，避免了对顶板岩性进行统计均化的不足，减少预计误差。

技术流程第一步，收集工作面钻孔柱状资料。

第二步，采用关键层判别软件KSPB进行覆岩关键层位置的判别。

第三步，计算关键层位置距开采煤层高度，并判别关键层破断裂隙是否贯通。

第四步，确定导水裂隙带高度。

当主关键层位于（7-10）M以内时，导水裂隙带高度等于或大于基岩厚度；当主关键层位于（7-10）M以外时，导水裂隙将发育至（7-10）M上方最近的关键层底部，导水裂隙带高度等于该关键层距煤层的高度。

一、基础知识（一）岩层与地表移动特征一、岩层移动及其特征采出煤炭后，上覆岩层被破坏，当H>25M时，即开采深度是采高的25倍时，在回采空间上方形成竖三带。

图23-1。

1、垮落带：分为二部分，不规则垮落带和规则垮落带。

1）不规则的：岩层破坏严重，已失去原有的层次，破碎杂乱，并堆积于煤层底板之上。

2）规则的：垮落，但呈巨块，失去连续性，大体上保持原有的层次。

3）高度：与岩性、采高有关，一般为采高的3～5倍；2、断裂带或导水断裂带在垮落带之上，岩层有许多裂隙，但仍保持原有的岩层层次。

断裂呈垂直或斜交岩层层面，或平行层面（离层），因有透水性，也称为导水断裂带。

高度：与上覆岩性有关，为采高的9～35倍；3、弯曲带或整体移动带位于断裂带之上一直到达地表，其岩层移动是成层的、整体性地，最下部分可能出现离层和不导水的细微断裂。

岩层移动具有分带性特征，会随地质和采矿条件的变化而变化。

采用充填技术，则无冒落带（跨），当煤层厚或距地表近时，无弯曲带。

二、地表移动特征1、地表移动及移动盆地1）、地表移动：采用长壁垮落时，随采区面积的增大，岩石移动范围也随之增大。

当采空区的面积扩大到一定范围时，岩层移动发展到地表，使地表产生移动与变形，这一活动称为地表移动。

2）移动盆地：当采煤工作面采完，地表移动稳定后，采空区上方地表形成沉陷区域，形成一个中间下沉近似相等，边缘下沉量少的一个移动盆地。

（煤层水平，矩形的采空区，地表呈椭圆形，以10mm下沉为界）图23-2。

2、移动盆地的形成过程及种类1）形成过程1、2、3 非充分采动；4 充分采动；5 超充分采动2）种类：三种，非充分采动、充分采动、超充分采动3、移动盆地的主断面及其特征1）主断面：最终移动盆地的最大下沉点沿煤层走向或倾向作断面，称为移动盆地的主断面。

有走向主断面和倾向主断面。

2）特征：在主断面上，用各种夹角来表示其特征。

（1）边界角：在充分采动或接近充分采动的条件下，以下沉值为10mm的点作为边界点（移动盆地主断面上）a，将a与采空区边界点b连线，与水平线在煤柱一侧的夹角为边界角；当地表有松散层时，以松散体上部下沉10mm处开始，先将边界点沿松散层移动角ϕ的方向投到基岩面上作为a点。