上保护层开采保护范围计算与《防治煤与瓦斯突出规定》卸压角取值验证-2019年精选文档

上保护层开采保护范围计算与《防治煤与瓦斯突出规定》卸压角取值验证一、概述（一）井田概述。淮北矿业XX公司童亭煤矿位于淮北平原中部，安徽省淮北市濉溪县五沟镇境内，北距淮北市42km，东距宿州市30km。东西走向长10km，南北倾向宽2～4km，矿井面积约24.15km2。矿井于1989年11月30日正式投产，设计生产能力90Mt/a。核定生产能力140Mt/a，矿井地质条件综合评定为Ⅲ-Ⅲa，Ⅱd，Ⅲeg。（二）瓦斯地质。童亭煤矿地压大、瓦斯压力大、含量高，地压、瓦斯灾害严重。自投产以来，童亭矿已发生6次煤与瓦斯动力现象。2005年由煤科总院抚顺分院对童亭煤矿重新进行了瓦斯等级鉴定，经安徽省经贸委批准童亭煤矿为突出矿井，7、82煤层为突出危险煤层。（三）主采煤层赋存情况。1、7煤：7煤层属中厚、结构较复杂、较稳定煤层，煤厚0.7～3.0m，平均2.1m，平均倾角16°；下距82煤16～35m，平均25m；7煤～82煤之间多为砂岩。2、82煤：82煤层属中厚、结构复杂、不稳定煤层，煤厚0.8～2.9m，平均1.8m，平均倾角16°。下距10煤70～125m，平均100m。82煤～10煤之间多为砂岩。3、10煤：10煤层属薄、结构简单、不稳定煤层，煤厚0.3～2.0m，平均0.8m，大部分不可采，平均倾角16°。（四）上保护层开采方法的选择。依据我矿各煤层赋存基本情况（图1-1），我矿选择7煤为保护层，其主要原因有四点：1、我矿7、82煤层为突出煤层，6～7煤层间距仅7m左右（间距太小，遇见断层可能会直接揭露7煤突出煤层），所以不可选择6煤做为保护层开采。5～7煤层间距127m左右，不符合《防治煤与瓦斯突出规定》第四十八条规定。2、82煤层下覆有一层局部可采煤层10煤层，为非突出煤层，按照区域性治理的一般原则，应先开采10煤层（下保护层）以实现解放7、82煤层，但是10煤层上距82煤的层间距为100m，不符合《防治煤与瓦斯突出规定》第四十八条规定。且10煤层有大面积不可采区，无法连续开采形成连续保护区域。3、我矿7、82煤层均为弱突出煤层，据实测瓦斯压力表明，82煤瓦斯压力大于7煤瓦斯压力。根据《防治煤与瓦斯突出规定》第四十六条第三项“选择危险程度较小的煤层做为保护层先行开采”规定。故应选择上保护层开采。只要做好7煤作为保护层开采的工作，就有可能清除82煤层煤与瓦斯突出的危险性，变弱突出、高瓦斯煤层为非突出、低瓦斯煤层。可为我矿节约用于区域综合防突措施的部分巨额资金，并提高82煤层工作面的单产，从而全面提高我矿的社会经济效益。我矿为验证7煤保护层开采的保护效果，在不同采区不同工作面多次对82煤的保护范围进行研究与验证。验证结果表明，经7煤保护层开采后82煤的瓦斯压力和瓦斯含量大大降低，变高瓦斯、突出煤层为低瓦斯、非突出煤层。下面就以7414工作面为例对82下采区（原84下采区）7煤上保护层开采对82煤层的保护范围进行研究与验证。二、被保护范围公式推导与验证钻孔设计（一）保护层工作面概况。7414工作面位于82下采区（原84下采区），上区段为已回采结束的7412工作面，下区段为正在回采的7214里工作面，西靠84下采区边界F10断层煤柱，东靠82下采区7212工作面的采空区。可采储量约22万t。开采方法为后退式走向长壁顶板自然垮落法。（二）被保护范围公式推导。被保护范围是指保护层开采后，在空间上使突出危险煤层完全消除突出危险的有效范围。我矿无被保护范围实际考察结果，暂依据《防治煤与瓦斯突出规定》附录D数据。1、走向方向被保护范围。走向方向被保护范围为保护层工作面走向长度减去工作面切眼和停采线卸压角形成的内错距离。我矿82煤层走向方向被保护范围计算如图2-1《沿走向方向被保护范围计算图》所示。本次考察了停采线的被保护范围。停采线的走向方向被保护范围按卸压角划定，依据《防治煤与瓦斯突出规定》附录D，δ5按56°～60°划定。本次卸压角分别取55°、60°、65°进行验证。2、倾斜方向被保护范围。倾斜方向的被保护范围为保护层工作面倾向长度减去工作面上部（风巷）卸压角和工作面下部（机巷）卸压角形成的内错距离。倾斜方向被保护范围如图2-2《沿倾斜方向被保护范围示意图》所示。我矿82煤倾斜方向被保护范围计算见图2-3《上保护层开采沿倾斜方向被保护范围计算图》。本次考察了下部（机巷）被保护范围。此处煤层倾角16°，根据《防治煤与瓦斯突出规定》附录D，下部卸压临界角取75°，本次分别取70°、75°、80°进行验证。综上得出：沿走向方向被保护范围平移距离计算公式为△y=h/tgδ5，得：下保护层走向被保护范围By=L走向-2h/tgδ5沿倾斜方向被保护范围平移距离计算公式为：△x1=（h/sinδ3）*，△x2=（h/sinδ4）*得：下保护层倾向保护范围Bx=L倾向-（h/sinδ3）*-（h/sinδ4）*其中：h为层间距；α为煤层真倾角；δ5为上保护层开采沿走向方向的卸压角；δ3、δ4为上保护层开采沿倾向方向的卸压角。（三）验证钻孔设计1、考察内容（1）7煤层7414工作面停采线沿走向方向的临界卸压角。（2）7煤层7414工作面下部（机巷）沿倾斜方向的卸压角。（3）被保护层（82煤层）卸压范围及效果考察。（4）7煤层7414工作面开采，引起被保护层（82煤层）瓦斯压力、瓦斯含量等参数的变化。2、钻孔设计在8212岩石集中巷集16点开设的钻场（3m×3m×2m）处，向7414停采线沿走向方向、下部倾斜方向各卸压角对应的卸压点施工验证孔，分别为1#、2#、3#、4#、5#；。各钻孔见82煤底板坐标设计如下：（1）走向方向取不同卸压角时分别得出平移距△y停采线沿走向方向的被保护范围平移距离的计算公式为△y=h/tgδ5。h取29m，δ5分别取55°、60°、65°，得△y分别为20.3m、16.7m、13.5m。（2）倾斜方向取不同卸压角时分别得出平移距△x工作面下部沿倾向方向被保护范围平移距离计算公式为：△x1=（h/sinδ3）*。h取29m，α为16°，δ3分别取70°、75°、80°，得△x1分别为18.1m、15.5m、13.4m。（3）设计钻孔见煤底板坐标。设停采线与下部（机巷）交点坐标为（x，y）。1#钻孔：δ5取60°，δ3取75°（依据《防治煤与瓦斯突出规定》附录D提供数据）时走向方向被保护范围临界线与倾斜方向被保护范围临界线的交点对应82煤底板坐标做为1#钻孔的见煤坐标。则1#钻孔见煤坐标为（x-15.5，y-16.7）。2#钻孔：考察走向卸压角δ5取55°的卸压效果，设计2#钻孔见煤坐标为（x-35.5，y-20.3）。3#钻孔：考察走向卸压角δ5取65°的卸压效果，设计3#钻孔见煤坐标为（x-55.5，y-13.5）。4#钻孔：考察倾向卸压角δ3取70°的卸压效果，设计4#钻孔见煤坐标为（x-18.1，y-36.7）。5#钻孔：考察走向卸压角δ3取80°的卸压效果，设计5#钻孔见煤坐标为（x-13.4，y-56.7）。3、验证钻孔参数计算：1#孔：开孔位置为8212岩石集中巷集16点底板上1.7m，开孔标高为-630.8m。根据1：1000图测得出1#孔平距d1=28m；82煤底板标高Z1底=-610+（-13×tg16°）=-613.7m（底板等高线图计算得出）；△z1=630.8-613.7=17.1m如图（2-5）计算得出：L1=32.8m；α1=31.5°；设计终孔标高Z1终=Z1底+2+1=-610.7m（预计82煤厚2m，82煤顶板1m终孔）终孔距离L1终=32.8+3/sin31.5°=38.5m。图2-51#钻孔参数计算图综上得出1#钻孔参数：276°（图上量得）∠31.5°38.5m终孔。2#孔：同理得出d2=35.5m，Z2底=-608.0m，△z2=22.8m，L2=42.2m，α2=32.7°，Z2终=-605.0m，L2终=47.8m。2#孔钻孔参数：242°∠32.7°47.8m。3#孔：d3=44m，Z3底=-602.8m，△z3=28.0m，L3=52.2m，α3=32.5°，Z3终=-599.8m，L3终=57.8m。3#孔钻孔参数：213°∠32.5°57.8m。4#孔：d4=56m，Z4底=-614.0m，△z4=16.8m，L4=58.5m，α4=16.7°，Z4终=-611.0m，L4终=68.9m。4#孔钻孔参数：280°∠16.7°68.9m。5#孔：同理得出d5=71m，Z5底=-616.5m，△z5=14.3m，L5=72.5m，α5=11.4°，Z5终=-613.5m，L5终=87.7m。5#孔钻孔参数：：288°∠11.4°87.7m。4、钻孔施工工艺。（1）本次考察方案共设计了5个考察钻孔，钻孔施工采用SGZ-ID型钻机，Φ50mm钻杆配合Ф113mm钻头开孔11m，下Ф108mm套管10m后，采用SGB6-10灌浆泵注425#水泥浆（水灰比1：0.7）封堵围岩裂隙。48小时后，用Ф75mm钻头扫孔至距离设计揭煤位置10m时停止打钻，等5个孔都钻好后，所有钻孔同时注浆封堵围岩裂隙（水灰比1：0.7），压力不少于3MPa，48小时后重新扫孔打钻，钻至煤层顶板以上1.0m终孔。（2）在测压钻孔内插入联结压力表的钢管，管径为14mm，进入煤层孔1m，煤层内管路为花管，测压管和注浆管采用马丽散和铁丝进行固定，注浆管长度不得小于3m，封孔长度不得低于1m。（3）采用水泥浆液或固化材料进行封孔充填，充填量以测压管返浆时停止。（4）安装压力表：封孔完毕24小时后，安装孔口装置和压力表。所有钻孔在7414工作面回采结束前完工，在7414回采的过程中每三天采集一次数据。三、保护层开采效果研究（一）煤层瓦斯压力分析。回采前各钻孔瓦斯压力稳定在1.34MP左右，以后每三天采集一次数据，直至回采结束后70天左右各钻孔瓦斯压力开始稳定。通过对以往的数据研究结果表明：1、随着采动影响，各钻孔瓦斯压力均有大幅下降，大大降低了被保护层突出危险性。2、3#和5#孔瓦斯压力较高（0.6MP左右），1#、2#、4#孔瓦斯压力低（0.13MP左右）。这说明3#和5#孔为非卸压区，1#、2#、4#孔为卸压区。即卸压角δ5取60°、δ3取75°最为合适（与《防治煤与瓦斯突出规定》附录D一致）。3、采动前瓦斯压力稳定在1.34MP左右，上保护层开采后被保护范围瓦斯压力稳定在0.13MP左右，被保护范围保护效果很好。（二）煤层瓦斯含量分析煤的瓦斯含量是指单位质量煤体中所含的瓦斯量（m3/t），本次采用间接法计算得出。即通过测定煤层的瓦斯压力和实验室测出的煤层吸附常数值（b=0.84MPa-1），采用朗格缪尔方程计算出煤层的瓦斯含量。上保护层开采前被保护层（82煤层）的瓦斯压力取1.34MP，用间接法计算得出煤层瓦斯含量为7.94m3/t。上保护层开采后被保护层（82煤层）的瓦斯压力取0.13MP，用间接法计算得出煤层瓦斯含量为1.41m3/t。四、结论通过本次论述，得出以下结论：（一）童亭煤矿82下采区上保护层开采走向卸压角划定为60°，倾向卸压角划定为75°。与《防治煤与瓦斯突出规定》附录D一致。（二）通过实测数据，得出上保护层开采后82煤层被保护区瓦斯压力由1.34MPa降为0.13MPa；通过计算得出上保护层开采后82煤被保护区瓦斯含量由7.94m3/t降为1.41m3/t；大大降低了被保护层被保护范围的突出危险性。（三）本次成功的对7414工作面上保护层开采进行试验研究，采用同样方法在不同采区不同工作面多次对82煤的保护范围进行研究与验证。一系列验证结果表明：经7煤保护层开采后82煤的瓦斯压力和瓦斯含量大大降低，变高瓦斯、突出煤层为低瓦斯、非突出煤层。形成了一套适合童亭煤矿的保护层开采瓦斯治理技术方案，确保了82煤层的安全回采，并为我矿节约用于区域综合防突措施的部分巨额资金，从而全面提高了我矿的社会经济效益。（四）通过比较验证钻孔中瓦斯压力和瓦斯含量的测算数据，验证了该计算公式和卸压角选择的正