何庄煤矿瓦斯突出煤层反程序开采研究与实践

２００８年第１１期煤炭工程何庄煤矿瓦斯突出煤层反程序开采研究与实践李桂林１，李东印１，郭国语２，王献伟２（１．河南理工大学，河南焦作４５４０００；２．何庄煤矿，河南伊川４３００７１）

摘要：针对何庄煤矿二，煤瓦斯含量大，且有瓦斯突出危险的特点。详细分析了保护层开采的必要性以及反程序开采的可行性。通过在１１采区进行先采下解放层的反程序开采工艺研究与实践，证明了下解放层的开采是解决本矿二，煤瓦斯突出问题的有效途径，对于类似条件下的矿井瓦斯治理有一定的借鉴意义。关键词：突出煤层；保护层开采；反程序中图分类号：ＴＤ８２３．８２文献标识码：Ｂ文章编号：１６７１—０９５９（２００８）ｌｌ－０００５－０３

ｌ工程简介根据邻近煤矿一，煤的开采经验，一，煤为低瓦斯煤层。

何庄煤矿设计生产能力４５万ｔ／ａ，可采储最２５３５万ｔ，矿井服务年限４０．２ａ。矿井为一对立井单水平上下山开拓，通风方式为中央边界抽出式，井筒深度７１８．８ｍ。可采二．煤层厚度０．６～１３．２ｍ，平均４．６９ｍ。煤的牌号为低一中灰、特低硫、低磷、中高发热量，高熔融性粉末中贫煤。顶板为泥岩或砂质泥岩，底板以泥岩或砂质泥岩为主。１１采区一２０８ｍ水平，二，煤层具有瓦斯突出危险性。煤层瓦斯含量在４．４～９．９ｍ３／ｔ之间，瓦斯含量系数１０．６３ｍ３／ｍ３・ＭＰａ“２，煤层透气性系数为ｏ．０４１ｍ２／ＭＰａ２ｄ。１１采区布置３条上山，均位于二。煤底板下１２ｍ左右ｋ灰岩中。二。煤层下２２ｍ左右是０．６—０．８ｍ的一，煤层。２保护层开采的必要性２．１安全生产与采煤工艺的需要该本矿主采煤层为二迭系下统山西组二，煤层，厚度０，６～１３．２ｍ，厚度变化大，顶底板强度低，属于典型的“三软”煤层。常规的分层开采或大采高开采难以发挥优势，最有利的采煤方法是放顶煤开采。在对二．煤进行掘进过程中，时常出现瓦斯超限现象，影响矿井的正常安全生产，有时煤巷掘进月进度不足３０ｍ。根据实测资料鉴定（表１和表２），该矿１１采区一２０８ｍ水平具有瓦斯突出危险性，必须采取可靠的区域性消突措施，才有可能采用放顶煤工艺。

表１预测煤层突出危险性单项指标临界值与实测值

表２综合指标Ｄ和Ｋ临界值与实测值到保护的地区，必须采取防治突出措施。”表３本煤层预抽瓦斯难易程度分类表

２．２二ｌ煤层瓦斯抽放的需要《防治煤与瓦斯突出细则》规定：“在突出矿井开采煤《矿井瓦斯抽放管理规范》规定，对未卸压的原始煤层群时，必须首先开采保护层。开采保护层后，在被保护层，瓦斯抽效的难易程度划分为三类（表３），即容易抽放、层中受到保护的地区按无突出煤层进行采掘工作；在未受可以抽放和较难抽放。根据实测资料，该矿二，煤层透气性

收稿日期：２００８—０７—０８作者简介：李桂林（１９６３一），男，河北景县人，副教授，主要从事煤矿开采与矿井建设方面的教学与研究工作。５　万方数据煤炭工程２００８年第１１期

系数为０．０４１ｍ２／ＭＰａ２ｄ，远远低于较难抽放标准的下限０．１ｍ２／ＭＰａ２・ｄ。属于极难抽放煤层。因此，为了增加煤层的透气系数，降低二。煤层瓦斯抽放的难度，必须进行保护层开采。３反程序开采的可行性该矿条件下保护层开采对于被保护层的解放效果是不用怀疑的，但是，保护层开采后对于瓦斯突出危险煤层的后续开采的影响程度是判断反程序开采可行性的重要指标。分析反程序开采可行性的方法主要有比值判别法、围岩平衡法、数理统计分析法、“三带”判别法等。３．１比值判别法应用比值判别法来判定一，煤开采对二．煤的影响程度，是反程序开采研究的一个重要指标。下部开采一，煤层时，用比值Ｋ判别，即：Ｋ＝薷（１）式中日—一上下煤层之间的垂距，２２ｍ；Ｍ——下煤层平均采高，取０．８ｍ。计算得Ｋ＝２７．５＞７．５ｍ。反程序开采的生产实践及研究证明，当比值Ｋ＞７．５时，先采下部一，煤层一般不会影响上部二。煤层内进行正常准备和回采。３．２围岩平衡法分析反程序开采时必要的层间距估算公式为：日＞尚＋ｈ（２）式中肛一下煤层开采厚度，０．６—０．８ｍ；Ｋ——岩石碎胀系数，Ｋ１＝１．１０—２．０；＾——平衡岩层本身厚度，根据一，煤层顶板赋存情况，估算取１０ｍ。得：反程序开采时必要的层间距应大于１０．８—１８ｍ。《防治煤与瓦斯突出细则》规定：开采下保护层时，上部被保护层不被破坏的最小层间距可参用式（公式３）或式（公式４）确定：当ａ＜６０时，Ｈ＝ｋＭｃｏｓａ（３）当ａ≥６０时，Ｈ＝ｋＭｓｉｎ（ａ／２）（４）式中Ｈ＿允许采用的最小层间距，ｍ；聃一保护层的开采厚度，０．６～０．８ｍ；口——煤层倾角，２５。；＿｜｝——顶板管理系数。冒落法管理顶板时，取１０，充填法管理顶板时，取６。该矿Ｈ＝５．４～９．０ｍ，即层间距大于９ｍ时即满足要求。该矿１ｌ采区一，煤层与二。煤层之间的实际层问距为２２ｍ左右，满足反程序开采时必要的层间距要求。３．３数理统计分析法由我国煤矿反程序开采的实例，得出受下部煤层采动影响时反程序开采必需的层问距日的经验公式为：６Ｈ＞１．１４Ｍ２＋４．１４＋帆（５）

式中鸩——下煤层采高，０．６—０．８ｍ；ｊｌ靠——上煤层厚度，４．６９ｍ。下部一，煤层采高０．６～０．８ｍ时，反程序开采必需的层间距为Ｈ＝７．５—９．７ｍ，目前层间距为２２ｍ，满足反程序开采条件。

３．４“三带”判别法３．４．１冒落带的确定１）理论计算公式：计算跨落带最大高度公式为：

心２哥焉急（６）

式中ｍ—＿噪层开采厚度，取０．６—０．８ｍ；Ｋ——跨落岩石的残余膨胀系数，１．１０；口一矿层的倾角，２５０；扩一顶板下移过程中顶板的下沉值，山＝’，ｍ＝０．６５

×０．８＝０．５２：ｒ下沉系数，０．６５。

计算出下部一，煤层开采后冒落带最大高度为３．０９ｍ。２）统计经验公式：按照覆岩类别划分，顶板岩性按中硬考虑，即跨落带最大高度：

１００ｙｍ也２万点钮－２

（７）

式中ｍ——煤层开采厚度，取最大值０．８ｍ。计算出下部一，煤层开采后冒落带最大高度为１．３ｌ一５．７１ｍ。通过理论公式和经验公式的计算，得出冒落带最大高度为５．７１ｍ。分析：一，煤开采产生的冒落带不会延伸到二。煤层，对二．煤层正常开采不可能造成破坏性危害。３．４．２裂隙带高度的确定覆岩岩性按中硬考虑时，裂隙带最大高度可分别用下列不同经验公式计算：１００ｙＭｑ，２万赢ｎ

６（８）

心＝２０√∑肼＋１０（９）

上述两式的计算结果，裂隙带最大高度分别为ｑ，＝１０．７９—２１．９９ｍ和巩＝２７．８ｍ，取裂隙带最大高度为１０．７９～２７．８ｍ。综上分析，二。煤层处在一，煤层开采的裂隙带上部或弯曲下沉带下部，一，煤的开采对二。煤的连续性不会造成破坏性的影响，二。煤层中不会产生台阶状下沉。

４方案实施及效果４．１方案实施根据反程序开采设计的巷道布置，先采一，煤，在被保

　万方数据２００８年第１１期煤炭工程开采底砾含水层保护煤柱可行性研究．李沛涛１’２，武强１

（１．中国矿业大学（北京），北京１０００８３；２．郑煤集团地勘公司，河南新密４５２３７１）

摘要：为了安全开采底砾含水层保护煤柱，采用“三图一双预测”方法，辅以切合实际的探查和试验，对采区的水文地质条件定量评价和预测，实现了保安煤柱的安全回采。在研究过程中完善了“三图一双预测”理论，拓宽了其适用范围，可为类似的顶板水定量评价、第四系底砾含水层下采煤提供理论和实践上的参考。关键词：三图一双预测；定量评价；含水层中图分类号：ＴＤ７４２文献标识码：Ｂ文章编号：１６７１—０９５９（２００８）１１－０００７－０３

目前国内外对隐伏于巨厚新生界底砾含水层下的煤层了底砾含水层的水文地质条件及其对２号煤开采的影响，开采，一般是基于“上三带”理论¨Ｊ，确定三带发育高度，确立了开采保安煤柱的可行性。需詈星兰竺耄攀孽望乏蓑！翌于！翌烹冀氟竺繁甓苎：１采区概况及存在问题但是随着开采工艺设备的进步，传统的“上三带”经验公一一……一““～～

式计算数值和实际误差很大，为安全考虑，实际留设煤柱邢台矿１１采区为井田西部新开采区，原为２号煤的保时采用较大的校正系数；如果遇到缓倾斜煤层，按这种理护煤柱，东部以Ｆ。，正断层为界与７７００采区相接，本区位论计算，煤柱留设巨大，浅部几乎不可开采。所以这种粗于断层下盘，所以水文地质条件受Ｆ，，断层影响较小；南到略估算的方法在实际生产中造成了很大的资源浪费。Ｆ。：断层，本区为断层七盘，西、北为２号煤隐伏露头。在针对邢台矿原为２号煤保安煤柱的１１采区，采用“三这个相对独立的构造单元内，２号煤开采存在如下水文地质图一双预测旧卜’的方法，通过简易的探查和试验，在“上问题：三带”理论的基础上，根据实际情况具体分析，定量评价１）２号煤上距底砾含水层０—２８ｍ，和底砾含水层近平

护范围内布置二．煤回采工作面。在本煤层掘进期间采取超前钻孔配合高位瓦斯钻（孔）的方式进行瓦斯抽放；采煤工作面形成后，采用顺层交叉钻孔联管抽放瓦斯（抽放泵流量４０ｍ３／ｍｉｎ，抽放干管直径３００ｍｍ），在“四位一体”瓦斯防治措施的保护下，进行二。煤层的回采工作。图１解放层与被解放层对应关系剖面图４．２实施效果１）通过下解放层的开采，二，煤的煤层透气系数由０．０４１ｍ２／Ｍｐａ２・ｄ变为１２２．０５６ｍ２／ＭＰａ２・ｄ，即增大了２９７５倍，为本煤层的瓦斯抽放创造了非常有利的条件。矿井实际瓦斯抽放量为２５—３０ｍ３／ｍｉｎ，纯瓦斯量８．２～１０ｍ３／ｍｉｎ，且正在进行瓦斯发电的可行性论证。２）目前，１１０１３炮采放顶煤工作面进展顺利，平均日产原煤１５００ｔ，保证了矿井的设计生产能力。

５结语通过何庄煤矿反程序开采的实践证明，下保护层的开采是区域性防治瓦斯突出的有效措施之一。特别是对于煤层透气性极差的软煤层，下保护层开采后，可以将煤层透气性系数提高几个数量级，效果十分理想。但是，对于较近距离的下保护层开采，必须对开采后对瓦斯突出煤层的影响程度进行科学论证，以保证开采的可行性。同时，必须指出，由于煤层间距离较近，下保护层开采的过程中务必采取措施，以防上部瓦斯的突然涌入，出现瓦斯异常。（责任编辑潘启新）

收稿日期：２００８—０６—１６作者简介：李沛涛（１９７０一），男，高级工程师，中国矿业大学（北京）在读博士生，现在郑州煤炭工业（集团）有限责任公司从事地质及矿井防治水工作。

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