1、1案例 3.4 天府矿业公司磨心坡煤矿开采远距离上保护层实例一、基本条件磨心坡煤矿-115m 南采区由于受 F02、F03 断层的影响，致使 K2、K 4 煤层重复出现多次。该区域煤层倾角 6065 度，K 2 顶板方向 79m 和 112m 分别为 K4 与 K6 煤层，厚度分别为 0.5m 和 0.7m。根据保护范围的划定，K 2 煤层在-115m 水平以上 40m 受到距离顶板方向 79m K4 的保护，在 40m 以上致-10m 水平仅受到距离顶板方向 112m 的 K6 煤层的保护，均属于远距离保护层开采。详见如下保护关系图（） 。南 、 对 沿 倾 斜 保 护 关 系 1： 0 深
2、 灰 色 泥 岩深 灰 色 泥 岩硅 质 灰 岩深 灰 色 泥 岩深 灰 色 泥 岩 深 灰 色 泥 岩 和 菱 铁 矿深 灰 色 石 灰 岩图 磨心坡煤矿-115m 南采区煤层间距及保护关系图K 2 煤层采用伪倾斜柔性掩护支架采煤法，采用伪斜上山掘进，共布置 6个斜坡掘进，各斜坡走向间距 5476m 不等，斜坡倾角 30 度左右。二、开采保护层效果考察-115m 南 采 区 掘 进 过 程 中 ， 根 据 原 细 则 规 定 ， 采 用 采 用 钻 屑 指 标 法 对 斜 坡掘 进 行 了 连 续 效 果 考 察 ， 临 界 值 取 K1max=0.5ml/g.min1/2， Smax=6K
3、g/m。 下 面 以 某 一 掘进 巷 道 指 标 考 察 统 计 结 果 如 表 （ ） 和 图 （ ） ：2表 K1max 指 标 考 察 统 计 结 果距离（m）54 65 75.6 86.8 96 107.6 119 130K1max 0.27 0.07 0.25 0.28 0.39 0.31 0.39 0.46距离（m）147 156 160 169 177K1max 0.43 0.32 0.25 0.28 0.35K1max 大于 0.4 的只有两次（ 0.43 和 0.46） ，且施工措施孔时无异常现象，Smax 仅有两次为 4，其余均为 2，可见已 消 除 突 出 危 险 。图
4、 Smax 值 随 距 离 变 化 曲 线2006 年 6 月至 2007 年 3 月期间，在- 115m 南 采 区 掘 进 及 切 割 施 工 过 程 中 ，共掘进煤层巷道 900 余米，均未发生过煤与瓦斯突出的预兆。三、案例结论（1）对于急倾斜煤层上保护层开采，距离超过 100m 仍然有效，但必须有充分的保护时间，磨心坡煤矿 K6 煤层保护时间长达 18 个月以上；（2）开采远距离保护层前后，应对煤层瓦斯压力进行测定比较，煤层原始瓦斯压力降至 0.74MPa 以下方可掘进；（3）结合本矿实际，采用有效的敏感指标对保护层效果进行验证；（4）开采远距离保护层后，必须同时对被保护层瓦斯进行抽采
5、，以尽快消3除突出危险。案例 3.5 天府矿业公司磨心坡煤矿开采岩层保护层实例一、采区基本条件磨心坡煤矿-115m 北二采区，由于上覆煤层尖灭，使得 K2 煤层成为单一突出煤层开采，该采区 K2 煤层原始瓦斯压力达到 9MPa。二、煤层顶底板岩性及保护层选择K2 煤层厚 3.5m，倾角 60 度，其底板分别为一层厚 5.6m 的深灰色泥岩和茅口石灰岩，位于 K2 煤层底板 30m 处为集中运输巷；其顶板方向以深灰色泥岩为主，厚 30m，煤层顶板 15m 处为一层厚近 1.0m 的灰色石灰岩，29m 处是一层厚近 1.0m 的砂质泥岩，砂质泥岩上部为 0.7m 厚的粘土泥岩，粘土泥上部为15m
6、厚的岩灰色石灰岩，其上部亦无煤层可采。如下图（ K2 煤层顶底板岩性柱状图） 。根据开采保护层的相关规定和该区域煤层顶底板岩性，同时出于经济方面考虑，我矿选择了 K2 煤层顶板 30m 处软岩（粘土泥岩）作为保护层开采，设计开采厚度不少于 0.5m。煤 层深 灰 色 石 灰 岩 保 护 层 选 择 层 位 （ 粘 土 泥 岩 ）砂 质 泥 岩 集 中 运 输 巷茅 口 石 灰 岩深 灰 色 泥 岩深 灰 色片 状 泥 岩深 灰 色 石 灰 岩 深 灰 色泥 岩K2煤 层 顶 底 板 岩 性 柱 状 图图 K2 煤层顶底板岩性柱状图4保护层采用倒台阶采煤法进行开采，于 2006 年 2 月 15
7、 日结束。三、保护效果考查被保护层 K2 煤层采用伪倾斜柔性掩护支架采煤法，采用伪斜上山掘进。-115m 北 二 采 区 煤 层 掘 进 过 程 中 ， 根 据 原 细 则 规 定 ， 采 用 钻 屑 指 标 法 对 2煤层 掘 进 进 行 了 连 续 效 果 考 察 ， 临 界 值 取 K1max=0.5ml/g.min1/2， Smax=6Kg/m。 实 际 考 察指 标 K1max 一般在 0.20.4 之间，S max 在 3 5 Kg/m 之 间 。 2006 年 2 月 至 12 月 期间，在- 115m 北 二 采 区 共 安 全 掘 进 K2 煤 层 巷 道 600 余 米 ，
8、 均 未发生过煤与瓦斯突出及突出预兆。四、案例结论（1）对于急倾斜煤层无煤层作保护层开采时，无论从安全或经济方面考虑，选择软岩石层作为保护层开采是一种行之有效的方法；（2）开采岩石层作为保护层开采时，严禁对保护层采空区进行充填；（3）开采岩石层作为保护层开采后，必须同时对被保护层瓦斯进行瓦斯抽采，以尽快消除突出危险。案例 3.6 平顶山五矿近距离上保护层开采案例一、基本条件平顶山五矿己 1523220 工作面为上保护层，己 1617 23220 工作面为被保护层。己 1523220 工作面煤层瓦斯含量 6.8m3/t，厚度为 1.21.6m，平均1.3m。下部被保层己 16、17 23220
9、工作面，瓦斯含量 20m3/t，厚度平均 3.4m。两者层间距为 3.04.6m，属于近距离保护层。二、近距离上保护层掘进瓦斯治理技术难点己 1523220 保护层工作面位于己三下延采区的一个小背斜附近，瓦斯容易积聚，且距己 16、17 煤层仅在 34 m，加之破底 0.5m 掘进，底板透气性较好。因此，在巷道掘进期间，除了防治煤与瓦斯突出外，还应防止掘进期间瓦斯超限，降低回采期间瓦斯涌出量。三、采取措施1 探煤及探构造措施5为探测工作面前方构造，掘进过程中每 1020m 一个循环，每循环留至少5m 超前距，施工 5 个探煤孔。其中，三个孔呈三角形垂直工作面向前布置；两个孔垂直底板向下布置，距
10、迎头不超过 0.5m，孔深 2m。2 立体瓦斯抽放在己 1523220 机巷掘进工作面施工 3 排 9 个浅孔抽放孔，孔深 9 m。为降低保护层工作面回采期间瓦斯涌出量，实现保护层安全回采，在己 15-23220 机巷往己 1617 煤层施工穿层钻孔，孔间距 3 m，钻孔直径均为 90 mm，孔深不低于 60 m。为解决掘进期间工作面后方被保护层己 16、17 煤层瓦斯涌入巷道造成瓦斯涌出量增加问题，在己 1523220 机巷底板沿巷道掘进方向往己 16、17 煤层施工穿层钻孔，钻孔 2m 一排，每排施工 2 个钻孔，直径均为 50mm，俯角 30，穿透己 16、17 煤层并进入煤层底板 0.
11、5m 以上。3 通风系统的改善在己 1523220 保护层工作面回采期间，采用 U 型通风，且采用两趟上隅角抽放，一台抽出式风机抽放，并在采面实施了浅孔瓦斯抽放。改变后的通风系统主进风巷配风量 1630 m3/min，副进风巷配风 460 m3/min，专用回风巷风量 2100 m3/min，瓦斯浓度 1.5 %,平均日产量由原来的800 t 提高到 1700 t，彻底解决了保护层回采期间的瓦斯超限问题。四、效果考察9 月和 10 月份瓦斯抽放浓度为 1.17.3%，平均 3.2%；日抽放纯瓦斯量为148810560 m3，平均 4571 m3，而己 16、17 23200 工作面上隅角平均日
12、抽放瓦斯纯量仅 2904 m3，本煤层浅孔平均日抽放瓦斯纯量为 6475 m3，可见在保护层掘进期间实施立体瓦斯抽放效果好，也证明了保护层对被保护层有较好的保护层效果。经过瓦斯抽放后机巷瓦斯涌出量 2.03.4m 3/min，更证明了保护层保护效果。五、经验总结（1）开采保护层是防治煤与瓦斯突出最经济、有效的技术措施之一，而近6距离保护层开采是煤层群开采的技术难题；（2）在近距离保护层巷道掘进期间，采用打探煤钻孔探测掘进工作面前方构造和掌握距己 16，17 煤层岩柱厚度，执行“有掘必探、先探后掘” 的原则。在探孔探测异常时，查明情况采取相应措施，在层间距小于 2.0m 时，直接上防突措施；（3
13、）在近距离保护层巷道掘进期间，除了防治煤与瓦斯突出外，还应防止掘进期间瓦斯超限和降低回采期间瓦斯涌出量，而采用了浅孔抽放、邻近层抽放和底板抽放相结合的立体瓦斯抽放方法，取得了较好效果；（4）在近距离保护层回采期间，采用 U 型通风，且采用两趟上隅角抽放，一台抽出式风机抽放，并在采面实施了浅孔瓦斯抽放，瓦斯浓度频频超限的情况下，通风系统改为“ 两进一回 ”的 YL 型通风方式，使平均日产量由原来的800 t 提高到 1700 t，彻底解决了近距离保护层回采期间的瓦斯超限问题。案例 3.7 煤层群保护层开采沈阳红菱煤矿是一个典型的煤与瓦斯突出矿井，煤与瓦斯突出灾害极其严重，自 1972 年建井至今
14、共发生 136 次煤与瓦斯突出，1000t 以上的突出 3 次，最大突出强度 5390t，在煤巷打钻的情况下也发生过突出。为彻底解决红菱煤矿瓦斯治理问题，2004 年 9 月，国家煤矿安全监察局委托中国煤炭工业劳动保护科学技术学会组织了中国矿业大学、煤科总院抚顺分院、煤科总院重庆分院等单位的防治瓦斯突出方面的专家学者，组成专家组对红菱煤矿的瓦斯灾害进行了现场调研和仔细研究，最后一致认为开采保护层是唯一的选择。红菱煤层可采煤层为 7 煤、12 煤，均为突出煤层，煤层瓦斯含量大，瓦斯压力高，且属于低透气性煤层，难于抽采。瓦斯含量按倾斜由上向下逐渐增大，而且区域性比较明显。西区 12 煤和 13 煤
15、7瓦斯含量均为 10.8m3/t，7 煤为 10.05m3/t，3 煤为 7.61m3/t。老区南北翼瓦斯含量 12 煤为 22.5m3/t，7 煤为 12.8m3/t，3 煤为 14.4m3/t，明显高于西区。7 煤瓦斯压力为 2.43.1MPa，12 煤瓦斯压力为4.17.6MPa。1、 保护层的选择 红菱煤矿的主采煤层为 7 煤和 12煤，均为突出煤层。11 煤为薄煤层，厚度只有 0.4m，下距 12 煤 16m，上距 7煤层 54m。为了保护 7 煤层和 12 煤层，设计 11 煤的开采厚度为 1.4m，除了开采 0.4m 的煤层外，还要开采 1m 厚的顶底板岩石。7 煤距 12 煤
16、70m，12 煤在 11 煤的保护下开采完毕后，再利用11 煤和 12 煤对 7 煤的多重卸压作用，抽采 7 煤瓦斯，消除 7 煤的突出危险性。各煤层参数见图 6-1。2、保护层开采基本原理保护层先采以后，在其上、下的煤层发生变形、位移、卸压（地应力减小） 、透气性增大，再通过被保护煤层的卸压瓦斯强化抽采，煤层瓦斯压力与瓦斯含量下降，煤体变硬，突出煤层地应力下降，煤层膨胀，透气性系数增大，钻孔瓦斯流量提高，大量瓦斯排出（或抽3 煤7 煤11 煤12 煤49m54m16m0.62m1.8m0.4m4.0m图 6-1 各煤层参数及间距8采）掉，下被保护层煤层相对膨胀变形可达 4，上被保护层煤层相对
17、变形量可达 20以上，下被保护层透气性系数可增加几百1000倍，上被保护层透气性系数可增加 20003000 倍，保护范围内煤层预抽率可达 50以上，煤层瓦斯压力一般降至 0.6MPa 以下，煤层瓦斯含量降至 60%以下，煤层的坚固性系数可提高 48100% ，从而使保护层范围内的突出危险性丧失，而且采掘时瓦斯涌出量大大减少，可显著提高煤矿开采的经济及社会效益。11 煤保护层工作面开采范围，上限-600m 水平，上顺槽标高-577m，下限为-710m 水平，下顺槽标高 -707m，北至开切眼，南至 11煤边眼（设计采止线） 。沿走向工作面布置三条巷道，即风巷、腰巷和机巷，标高分别为-600m
18、、-650m、-710m。3、极薄保护煤层的开采设备及开采由于保护层 11 煤层平均厚度为 0.4m，平均角度为 37，正常的采煤设备及工艺无法满足保护层的开采要求，必须开发适合 11 煤层开采的设备及工艺。采煤机由牵引部、截割部、机尾装置组成。辅属件有水管、电缆、锚链、定滑轮、拉紧绞车、电缆卡、电控开关组成。经过多次试验，采煤机回采已经初具模型，采高达到750mm800mm，切割 350mm400mm 的顶板，运行基本成功。在试验中，机械截割比较平稳，以 1m/min 的速度前进破岩效果较好，截割高度 0.75m，截深 0.550.6m，回采 110m 工作面需用130min 左右，出货效果
19、较好，出货率占总量的 80%左右，对顶岩破坏9程度较小，机械的内外喷雾灭尘效果也达到了预期指标，机械状态较好。321 保护层工作面从 2005 年 7 月 3 日开始回采，截止 2007 年 2月 28 日，工作面推进 199.2m，开采煤 2.63 万 t，开采岩石 10.96 万t。2005 年 7 月 3 日2006 年 3 月 27 日：回采速度 0.51m，平均0.547m；2006 年 3 月 27 日2006 年 5 月 25 日：回采速度为0.30.4m（其中有 22 天时间工作面停采） ；2006 年 5 月 26 日2006 年 10 月 6 日：停采，回采速度为0m（其中 8 月 268 月 31 日回采速度为 0.10.4m ） 。206 年 10 月 6 日2007 年 2 月 28 日：回采速度 0.30.5m（其中 11 月 26 日12 月 3 日、1 月 29 日1 月 31 日、2 月 16 日2 月22 日回采速度为 0m） 。图 6-3 保护层工作面每月开采进尺情况图104、 被保护层效果考察
