矿井开采保护层防突技术研究

刘德勇

（龙煤集团鹤岗分公司 峻德煤矿，黑龙江 鹤岗 154100）

1 矿井工作面概况

某矿采面为二水平一采区邻近采面的保护层，采面走向长1360m，采长180m。平均煤厚2.0m，平均煤层倾角10度，两煤层层间距为0.3～6.5米，上部煤层瓦斯含量预计为4.06m3/t，下部煤层瓦斯含量预计为7.93m3/t，由于层间距较小，下煤层瓦斯极易大量涌入采掘空间。

2 瓦斯压力、含量、抽放参数测定及瓦斯涌出量预测

在一水平实测上部煤层瓦斯压力为0.8MPa，下部煤层瓦斯压力为1.0MPa，根据该采区测压情况，采区压力梯度为0.2MPa/百米，煤层透气性系数Y=0.0075mD，抽放半径（经验值）r=1.5米。

2.1 上部煤层该水平采面掘进期间瓦斯涌出量预测

由于上部煤层瓦斯含量为4.06m3/t，下部煤层瓦斯含量为7.93m3/t，预计上部煤层该水平采面掘进期间瓦斯涌出量预计为1.0～2.0m3/min。

2.2 下部煤层该水平采面开采期间瓦斯涌出量预测

按瓦斯含量计算工作面的瓦斯绝对涌出量，其计算如下：

式中：qy—本煤层开采涌入工作面的瓦斯量，m3/min；K—进回风巷影响系数，取0.8；A—工作面日产量，X0-煤的原始含量，m3/t；X1—煤的残存瓦斯含量，m3/t，丁组煤层实测值2.24

考虑到开采过程中被保护层采面瓦斯将涌入上部煤层采面，故上部煤层采面瓦斯绝对量计算式为：

式中：K—邻近层瓦斯排放率，%，取K=0.65

上部煤层采面日产量3000吨，其相应面积的被保护层煤量为3600吨，而上部煤层煤层瓦斯含量为4.06m3/t，下部煤层煤层瓦斯含量预计为7.93m3/t，代入计算公式

则q=3.0+7.4=10.4m3/min

3 防突技术措施

3.1 工作面突出危险性预测预报

工作面作业前先进行突出危险性预测，预测采用定量和定性两种方法：定量预测根据《煤层突出区域划分研究报告》采用瓦斯涌出初速度q值和钻屑量S值两种指标。定性预测是工作面现场符合《防突细则》31条任意一款时即定为突出危险工作面：

①在突出煤层的构造破坏带，包括断层褶曲、火成岩入侵等。

②煤层赋存条件急剧变化的区域。

③采掘应力迭加的区域。

④在工作面预测过程中出现喷孔、顶钻等动力现象。

⑤工作面出现明显突出预兆。

在严重突出危险区域应采取增加预测（效检）次数，降低预测（效检）指标的临界值，增加预测（效检）超前距等特殊措施，进一步提高预测（效检）的可靠性。把瓦斯地质情况与工作面日常预测紧密结合，充分发挥瓦斯地质工作的先导作用。进一步加强对突出指标及临界值的研究。

3.2 防突技术措施实施

工作面局部防突措施主要采取超前钻孔、前探构造孔、巷道两帮卸压孔等措施。超前钻孔由施工单位严格按照措施设计的位置、角度、深度等参数施工，超前钻孔保留不低于10米的允许进尺超前距，并控制到巷道两帮轮廓线8米以上。工作面遇到煤厚变化、断层、褶曲等地质构造，必须执行“有疑必探，先探后掘”的原则，施工前探构造孔，孔深不低于30米，数量不少于3个，探清前方的构造或煤层赋存状况，前探钻孔的超前距不得少于10米。工作面两帮施工卸压孔，每米1个，孔深8米。现场配备验收孔深的锚索和控制钻孔角度的模具，并由瓦检员和防突测试工监钻，打钻过程中若出现喷孔、响煤炮等现象时及时采取在该孔周边补打2个以上钻孔的措施。在严重突出危险区域采掘，采取超常规防突技术。增加局部防突措施的钻孔数量和超前距等措施，纳入工作面正规循环，提高防突措施的消突效果。

3.3 安全防护措施

3.3.1 该突出采区均建立了专用回风巷，并切实做到专回专用，突出采掘工作面均具有独立的回风系统，保证采掘工作面回风直接进入专用回风巷。

3.3.2 工作面采用远距离爆破、避难硐室、压风自救、防突反向风门、逆止阀、隔离式自救器等安全防护措施。

3.3.3 避难硐室和防突反向风门，严格按照相关规定，进行施工和管理，以提高避难硐室和防突风门的坚固性和抗灾能力，同时在防突反向风门处设置监测瓦斯逆流的监测装置，以确保瓦斯逆流时将进风侧电源断开。

3.3.4 综掘工作面遇到地质构造时要及时改为炮掘，对放炮采掘工作面进行爆破时，都必须执行远距离爆破，躲炮距离要按照相关规定执行，并严格执行爆破前放炮员向调度室汇报和变电所停电的制度。

3.3.5 穿过防突风门门墙的风筒要采用铁制风筒和逆止阀，铁风筒铁板厚度3～5mm，逆止阀铁板厚度不小于5mm。

3.4 效果检验

3.4.1 上部煤层采面掘进期间瓦斯治理

根据预测上部煤层采面掘进期间瓦斯涌出量预计为1～2m3/min，掘进期间机风巷铺设抽放管路，当瓦斯涌出量小于3m3/min时，利用2×30KW风机通过通风方式即可解决掘进期间瓦斯问题，当瓦斯涌出量大于或等于3 m3/min时，执行底板浅孔抽放措施，在巷道底板施工浅孔钻孔，抽放巷道底板瓦斯，钻孔3米一排，每排2个，孔深以穿透丁6煤层进入底板500mm为准。

3.4.2 上部煤层采面回采期间瓦斯治理

根据预测，上部煤层采面回采期间最大绝对瓦斯涌出量为10.4m3/min。该工作面配风量可达到1500m3/min，通风能力可以解决瓦斯量为：

其中q-通风方法可以解决的最大瓦斯涌出量，m3/min；K-瓦斯涌出不均衡系数，取K=1.5；Qg-工作面供给风量，m3/min；C-《规程》规定允许浓度，取C=1.0%

则q=10m3/min

计算结果表明，采用通风方法不能够决瓦斯问题。

采面回采期间在工作面风巷铺设两趟抽放管路，一趟进行工作面浅孔抽放，另一趟进行采空区抽放。

4 效果分析

上部煤层采面未回采前期，下部煤层绝对瓦斯涌出量为12.4m3/min，开采保护层后，根据预测，下部煤层绝对瓦斯涌出量为5.4m3/min，通过开采保护层大大降低了下部煤层突出危险性的瓦斯赋存量，下部煤层有突出危险性煤层将为非突出危险性煤层，为下部煤层安全开采提供了保证。

结语

矿井开采保护层防突技术为高瓦斯煤层开采提供了借鉴，通过开采保护层解放被保护层，使得被保护层煤层内的瓦斯有效得到释放，降低了被保护层瓦斯突出性危险，该项技术值得研究和推广应用。

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