高瓦斯矿井多重上保护层开采瓦斯抽放工艺探讨＊

刘树新 李 铭

（内蒙古科技大学矿业工程学院，内蒙古包头市，014010）

高瓦斯矿井多重上保护层开采瓦斯抽放工艺探讨＊

刘树新 李 铭

（内蒙古科技大学矿业工程学院，内蒙古包头市，014010）

为了解决祁东煤矿四采区高瓦斯浓度的问题，结合煤层赋存情况与煤矿生产实际，提出采用煤层按自上而下的开采顺序依次保护下伏煤层，实行多重保护，并对煤层瓦斯突出进行预测，对被保护层的卸压瓦斯抽放工艺进行了探讨。

高瓦斯矿井 分层开采 保护层开采 瓦斯抽放 防突措施

1 引言

煤与瓦斯突出是一种复杂的矿井瓦斯动力现象，到目前为止，对各种地质、开采条件下突出发生的规律还没有完全掌握。合理的采掘部署是防止重大瓦斯突出事故的基础与前提，可为瓦斯治理提供适宜的空间与时间，也是矿井安全工作综合系统工程中的一个不可忽视的重要环节。故必须从突出矿井“掘抽保采”合理的时空关系上，研究和落实矿井的采掘部署和瓦斯抽放工艺，以求从根本上防止突出矿井重大瓦斯事故的发生，实现本质安全生产的目标。

2 矿井及工作面概况

祁东煤矿四采区含煤地层共有61＃、62＃、63＃、71＃、72＃、81＃、82＃和9＃等8层煤，其中主要可采煤层有61＃、71＃、82＃和9＃。目前9＃煤层已鉴定为突出煤层，61＃、71＃和82＃未鉴定，71＃、82＃和9＃煤层都按突出煤层管理。根据矿山采区资料，61＃煤层瓦斯压力为2.2～2.45MPa，71＃煤层瓦斯压力为2.6MPa，82＃煤层瓦斯压力为2.72～2.81MPa，9＃煤层瓦斯压力为2.2～2.53MPa。61＃、71＃、82＃和9＃煤层相邻两层之间的间距分别为32m、33m和10.29m。61＃、71＃、82＃和9＃煤层的开采顺序是自上而下，根据煤层赋存情况，61＃煤层可作为71＃煤层上保护层的区域防突措施的条件，其它煤层按自上而下的开采顺序依次保护下伏煤层，可以实行多重保护。

3 保护层有效范围及有关参数

3.1 保护层与被保护层之间的有效垂距

开采保护层后，采动破坏作用在采空区上方形成“三带”：垮落带Ⅰ（形成贯通采场的空洞与裂缝网络通道）、断裂带Ⅱ形成层向与垂向裂缝网络通道）和弯曲下沉带Ⅲ（形成层内层向裂缝网络通道），将第Ⅲ带的边界到保护层的层间垂距作为有效垂距。

3.2 沿走向的保护范围

对停采的保护层工作面，停采时间超过3个月，且卸压比较充分，该工作面的始采线、停采线及所留煤柱对被保护层沿走向的保护范围，按卸压角56～60°划定。根据实际考察，按57°划定沿走向的保护范围。

3.3 沿倾斜的保护范围

保护层沿倾斜的保护范围，可按卸压角划定，卸压角的数值同煤层倾角、开采深度、地层岩性等因素有关。四采区煤层倾角10～15°，按煤层倾角为14°考虑，沿倾斜上、下山方向的卸压角暂按75°考虑。沿走向、倾向保护范围如图1所示。

图1 上保护层开采保护范围示意图

4 被保护层的卸压瓦斯抽放工艺

开采保护层后，为了提高被保护层的卸压效果，同时防止被保护层的瓦斯大量涌入开采层工作面，应抽放下部被保护层的卸压瓦斯。

4.1 开采61＃煤层保护层时下伏71＃煤层被保护层瓦斯抽采方案

4.1.1 将61＃煤层预测为非突出煤层

若预测61＃煤层为非突出煤层，而71＃煤层为突出煤层时，方案如下：由于61626371＃、72＃、81＃、82＃和9＃煤层之间的平均间距分别为8.1m、4.1m、20m、2.8m、21.78m、9.6m、10.3m，被保护71＃煤层卸压瓦斯抽采宜在72＃、81＃煤层之间布置两条专用岩石巷道，施工上向穿层钻孔抽采71＃煤层、下向穿层钻孔抽采82＃煤层的掘进巷道条带卸压瓦斯。在设计保护范围内底板岩巷每隔30m施工钻场，钻孔间距为30m×30m；未保护范围每隔10m掘一个钻场，钻孔间距10～12m；82＃煤层巷道条带25m范围布置3～4（保护区3个、未保护区4个）个下向穿层钻孔抽放，强化71＃煤层开采对82＃煤层的卸压保护，以解决82＃煤层掘进瓦斯问题，见图2。

4.1.2 将61＃煤层预测为突出煤层

若61＃煤层预测为突出煤层，下伏厚度0.77 m、0.94m的62、63煤层也可能具有突出危险。而63＃、71＃煤层间距为16.1～28.8m，平均为20.0m，因此，可在61＃煤层采煤工作面下方的63＃、71＃煤层中间掘进两条专用底板岩石巷，布置上、下穿层钻孔抽采6＃煤组及71＃煤层瓦斯。6＃煤组采用上向网格式穿层钻孔预抽煤层瓦斯，61＃煤层回采后钻孔抽放62＃、63＃煤层卸压瓦斯，钻孔间距10～12m。同时，在底板岩巷施工下向穿层钻孔抽采71＃煤层巷道条带瓦斯，下向孔控制71＃煤层巷道条带25m范围，保护区布置3个、未保护区布置4个下向穿层钻孔进行瓦斯抽放，见图3。71＃煤层采煤工作面采用顺层长钻孔采前抽放，设计保护范围钻孔间距8～10m，未保护范围钻孔间距4～5m。

在63＃、71＃煤层之间及72＃、81＃煤层之间施工专用岩石瓦斯抽放巷时，应边探边掘，准确控制巷道距上、下煤层的距离，防止误穿煤层诱发突出；当距离上、下煤层距离小于5m时，应采取预防冒顶等技术措施。

4.2 开采71＃煤层保护层时下伏82＃、9＃煤层被保护层瓦斯抽采方案

在9＃煤层工作面中部底板20～25m处布置岩巷，施工上穿层钻孔预抽82＃、9＃煤层瓦斯，在设计保护范围内底板岩巷每隔30m施工钻场，钻孔间距30m×30m；未保护范围每隔10m掘1个钻场，钻孔间距10～12m，见图4。

图4 9＃煤底板穿层钻孔布置平、剖面图

5 结论与建议

通过对开采不同层位保护层时被保护层瓦斯抽采方案的探讨和实践，对于掘进工作面和回采工作面，在采取了以上钻孔预抽瓦斯方案并经过一定时间抽放后，按《煤矿井下煤层瓦斯压力的直接测定方法》（AQ1046－2007）规定测定煤层残余瓦斯压力和残余瓦斯含量，其值满足许可范围，达到了有效抽放、消除突出危险的目的。

建议在回采61＃（71＃、82＃）煤层时，由于存在大量来自71＃（82＃、9＃）邻近煤层的卸压瓦斯，采用Y型通风以及穿层抽放卸压瓦斯，很可能无法将瓦斯浓度降到安全的状态时，应在回采工作面采空区埋设抽放管对采空区进行埋管抽放。

[1] 余海龙，尹光志，鲜学福.俯伪斜采煤法防治急斜煤层煤与瓦斯突出的研究[J].重庆大学学报，1999（3）

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[5] 熊祖强，王文，李化敏.远程保护层开采上覆煤岩层移动规律[J].中国煤炭，2009（7）

[6] 王殿录.高突矿井开采下保护层设计分析[J].中国煤炭，2008（6）

Discussion on gas drainage for multiple upper protective layer mining in high gas mine

Liu Shuxin，Li Ming

（School of Mining Engineering，Inner Mongolia University of Science and Technology，Baotou，Inner Mongolia 014010，China）

Aimed at the high gas content in No.4mining area of Qidong coal mine，a topdown mining sequence was proposed to protect underlying coal seams by combination of the occurrence of coal seam and the coal production practice.The gas outburst of coal seam was forecast，and the gas drainage technique on protected coal seam was discussed.

high gas mine，slicing mining，protecting seam mining，gas drainage，outburst prevention measure

TD712.6

A

＊资助项目：内蒙古自治区高等学校科学研究项目（NJZY11147）；内蒙古科技大学创新基金项目（2009NC046）

刘树新（1971－），男，内蒙古丰镇人，内蒙古科技大学副教授，主要从事岩土工程、采矿工程的教学及研究工作。

（责任编辑 梁子荣）