何星江

（貴州誠(chéng)搏煤業(yè)有限公司天合煤礦，貴州 習(xí)水 564600）

1 概況

貝勒礦設(shè)計(jì)生產(chǎn)能力45萬(wàn)t/a，礦區(qū)面積6.2718km2，開(kāi)采深度+650m，含礦層為二疊系上統(tǒng)龍?zhí)督M（P3l），礦層總厚24.34～40.29m，平均總厚33.28m，含礦系數(shù)9.4%。全區(qū)可采、大部分可采及局部可采礦層9層，可采礦層5層，編號(hào)為M1、M4、M5、M6、M7，該礦為突出礦井。1603運(yùn)輸巷布置在M6礦層，上覆M5礦層1503工作面于2011年已回采結(jié)束，對(duì)1603運(yùn)輸巷預(yù)掘條帶氣體壓力進(jìn)行了釋放。以1503工作面采空區(qū)卸壓范圍對(duì)1603運(yùn)輸巷掘進(jìn)工作面的保護(hù)范圍進(jìn)行劃定。有效預(yù)壓層能夠?qū)ΦV山開(kāi)采層及鄰近層進(jìn)行有效防護(hù)，防御層之間有間距，其作用是控制開(kāi)采高度達(dá)到上限，并且可以確定保護(hù)層是否有效，通過(guò)工程技術(shù)實(shí)例理論計(jì)算走向、傾向卸壓范圍和有效保護(hù)層間距，對(duì)突出礦層掘進(jìn)工作面具有一定指導(dǎo)意義。

2 保護(hù)層開(kāi)采基本原理

保護(hù)層開(kāi)采后，上下礦體應(yīng)力重新分布，周?chē)V層向采空區(qū)移動(dòng)。采空區(qū)上方的礦體形成了自然落拱。采空區(qū)膨脹形成裂隙，引起采空區(qū)上下礦體應(yīng)力、透氣性、氣壓、位移等變化。研究保護(hù)層開(kāi)采后頂?shù)讕r體應(yīng)力重分布規(guī)律具有重要意義。了解頂板和底板的變形和破壞特征，確定保護(hù)層的泄壓范圍是非常重要的。

3 保護(hù)層開(kāi)采卸壓范圍

保護(hù)層開(kāi)采后，被保護(hù)層的應(yīng)力狀態(tài)和礦井氣體動(dòng)力參數(shù)發(fā)生很大變化，卸壓范圍包括沿工作面走向(回采方向)和沿工作面傾向上的兩種。

3.1 保護(hù)層沿傾向的卸壓保護(hù)角及保護(hù)范圍劃定

沿傾斜方向保護(hù)范圍可按卸壓角劃定。卸壓角大小與礦層傾角，開(kāi)采深度，層間巖性等因素有關(guān)，保護(hù)層工作面沿傾斜方向的保護(hù)范圍按卸壓角劃定，卸壓角δ與礦層傾角劃定，貝勒礦此次保護(hù)層開(kāi)采沿傾向方向的保護(hù)范圍參考的數(shù)據(jù)。礦井西翼一區(qū)段礦層傾角26°，按30°取值，則δ3為77°、δ4為70°。根據(jù)揭露資料，西翼一區(qū)段M6礦層距M5礦層法線距離11.8～14.8m，按最大值14.8m取值。計(jì)算沿傾向的卸壓范圍的上下部?jī)?nèi)錯(cuò)和沿走向的卸壓范圍的內(nèi)錯(cuò)。對(duì)M6礦層沿傾向的卸壓范圍為保護(hù)層相對(duì)被保護(hù)層下部；

下部相對(duì)內(nèi)錯(cuò)距 ：L1=h/tan（δ3）=14.8/tan（77°）=3.42

1603礦井運(yùn)輸巷水平內(nèi)退距離L內(nèi)退=sin[90°-（77°-26°）]*L卸=sin39° *14.8/cos（90° -77°）=9.55m ；

上部相對(duì)內(nèi)錯(cuò) ：L2=h/tan（δ3）=14.8/tan（70°）=5.39

根據(jù)三角函數(shù)，可以求得1503采空區(qū)對(duì)1603礦井運(yùn)輸巷水平內(nèi)退距離，如下

L內(nèi)退=cos（64+20）*L卸=cos84 ° *14.8/cos（90 ° -70 °）=1.63m

3.2 保護(hù)層沿走向的卸壓保護(hù)角及保護(hù)范圍劃定

由于地面壓力的傳遞，保護(hù)層的有效保護(hù)范圍應(yīng)小于保護(hù)層的保護(hù)范圍。受保護(hù)層的起始線和停止線應(yīng)與受保護(hù)層的起始線和停止線保持一定距離，這與層之間的垂直距離有關(guān)。根據(jù)測(cè)試，上保護(hù)層之間的垂直距離是層之間的垂直距離的0.55-0.67倍。建議將壓力釋放角度保持在56到61之間，并且應(yīng)在實(shí)踐中調(diào)查具體數(shù)據(jù)。貝勒礦1503工作面于2011年回采結(jié)束，對(duì)其礦井內(nèi)氣體壓力進(jìn)行了釋放，沿走向方向的保護(hù)范圍劃定上部外錯(cuò) ；對(duì)M6礦層 ：水平內(nèi)錯(cuò) ：L2=h/tan（δ5）=14.8/ tan（56°）=9.98m。

4 保護(hù)層的有效保護(hù)層間距

根據(jù)大量試驗(yàn)資料統(tǒng)計(jì)分析認(rèn)為，在采深小于550m，回采面長(zhǎng)度小于120m條件下，保護(hù)層的有效保護(hù)層間垂距為：急傾斜礦層上保護(hù)層60m，下保護(hù)層80m，緩傾斜和傾斜礦層上保護(hù)層50m，下保護(hù)層100m。選擇保護(hù)層時(shí)應(yīng)根據(jù)保護(hù)層厚度、頂板管理方法，回采工作面長(zhǎng)度和開(kāi)采深度等因素確定有效垂距。

M6礦層傾角為26°，劃定卸壓角δ1為77°。根據(jù)最大保護(hù)垂距緩傾斜礦層最大保護(hù)垂距上保護(hù)層小于50m，下保護(hù)層小于100m的規(guī)定。

式中：β1、β2下保護(hù)層和上保護(hù)層的理論最大保護(hù)垂距，m。它與工作面長(zhǎng)度L和開(kāi)采深度H有關(guān)。當(dāng)L＞0.3H時(shí)，取L=0.3H，但L不得大于250m；

β1－保護(hù)層開(kāi)采的影響系數(shù)，當(dāng)M≤M0時(shí)，β1= M/M0，當(dāng)M＞M0時(shí)，β1=1；

M－保護(hù)層的開(kāi)采厚度，m；

M0－保護(hù)層的最小有效厚度，m。M0

β2－層間硬巖體（砂巖、石灰?guī)r）含量系數(shù)，以η表示在層間巖體中所占的百分比，當(dāng)η≥50%時(shí)，β2=1-0.4η/100，當(dāng)η＜50%時(shí)，β2=1。

經(jīng)計(jì)算M6礦層作為被保護(hù)礦層，最大保護(hù)垂距為66m。貝勒礦M6礦層與M5礦層間距，因此最大保護(hù)垂距取50m。M6礦層與M5礦層層間距為11.8～14.8m，M6礦層上覆巖層在開(kāi)采上保護(hù)層（M5礦層）后卸壓，在生產(chǎn)實(shí)踐中，開(kāi)采后的工作面底板發(fā)生底鼓膨脹，出現(xiàn)裂隙，因此透氣性增加，形成底鼓變形帶，當(dāng)?shù)V層間距小于50m時(shí)，在其保護(hù)范圍內(nèi)，被保護(hù)層（M6、M7礦層）均可以消除突出危險(xiǎn)。

5 防治效果

由于1603礦井運(yùn)輸巷上覆M5礦層的1503工作面已開(kāi)采，對(duì)1603運(yùn)輸巷掘進(jìn)條帶形成了保護(hù)，礦井氣體得到了很好的釋放，1603礦井運(yùn)輸巷在掘進(jìn)過(guò)程中已采取了區(qū)域措施效果檢驗(yàn)和區(qū)域驗(yàn)證，在保護(hù)范圍的循環(huán)區(qū)域措施效果檢驗(yàn)過(guò)程中，實(shí)測(cè)M6礦層預(yù)掘條帶最高礦井氣體壓力為0.26MPa，最高礦井內(nèi)氣體含量為3.2506m3/t。區(qū)域驗(yàn)證及工作面突出危險(xiǎn)性預(yù)測(cè)60次，60次均未超過(guò)臨界值，其中平均鉆屑量S值為2.4kg/m，最高鉆屑量S值為2.6kg/m，鉆屑礦井內(nèi)氣體解析指標(biāo)K1值平均為0.15 g·min1/2，最高時(shí)為0.24g·min1/2。

6 結(jié)語(yǔ)

總之，保護(hù)層（首采層）工作面和被保護(hù)層工作面礦井內(nèi)氣體治理，其中首采層工作面礦井內(nèi)氣體治理是關(guān)鍵所在。突出礦井巷掘進(jìn)工作面氣體防治方法有多種，需要根據(jù)工作面的氣體涌出量、氣體涌出形式、礦層透氣性系數(shù)和地質(zhì)條件等采取針對(duì)性措施，各種防治技術(shù)還需要進(jìn)一步摸索、完善和總結(jié)，一是減少保護(hù)層開(kāi)采時(shí)的氣體涌出量，同時(shí)也加大了對(duì)被保護(hù)層的保護(hù)效果。加大指標(biāo)考察力度，特別是礦井內(nèi)氣體壓力、鉆孔氣體流量及抽放量、透氣性系數(shù)、礦層相對(duì)變形參數(shù)的變化情況。在突出礦層開(kāi)采過(guò)程中，優(yōu)先選用開(kāi)采上保護(hù)層，有效釋放突出礦層易燃?xì)怏w，確保礦礦安全生產(chǎn)。