摘要：興安煤礦採取了開採保護層區域防突措施，通過對開採保護層工作面三水平北21層三區四段的開採前後，三水平北18層三區五段、四水平北22層二三區一段煤層瓦斯基本引數的變化對比，論證了21號煤層對18號煤層和22號煤層的保護效果。
關鍵詞：保護層引數指標效果考察
一、概況
1、礦井概況
興安礦位於鶴崗煤田南部，在小鶴立河下游河床、河谷及東岸的丘陵地帶。距鶴崗市區約12公里，北部與富力礦交界；南部以峻德礦交界；西部以煤質地層基盤為界，東部以3號煤層-700m底板等高線在地表水平投影為界，興安井田走向長4.6公里，傾斜寬4.
6公里，面積21平方公里。由於開拓和生產水平加深，瓦斯湧出量隨之增大，地質構造越來越複雜，從2023年7月至2023年11月共發生五起煤與瓦斯動力現象，興安煤礦2023年3月10日經煤科總院撫順分院鑑定為煤與瓦斯突出礦井， 17、18和22煤層為突出煤層，在-290m標高以下的採掘作業活動中必須採取區域和區域性綜合防突措施。
2、採區概況
本工作面走向270公尺，傾斜長平均69公尺，總煤厚為6.5公尺左右，於2023年10月20日開採一分層，採高2.8公尺，可採儲量7.
3萬噸，現已採出165公尺，剩餘走向105公尺。本層距上覆18層層間距在25公尺左右，距下伏22層煤層間距在20公尺左右。本區上覆18層未採完，下伏22層未開採。
二、煤層瓦斯引數及突出危險性
興安煤礦18#煤層、22 #煤層為煤與瓦斯突出煤層。18#突出煤層始突標高為－290ｍ，2023年7月 22日4時10分，興安礦在施工三水平南四五層一區探斷層巷，發生突出。湧出瓦斯量600m3,突出煤量35t，經煤炭科學研究總院撫順分院瓦斯實驗室鑑定，18號煤層原始瓦斯壓力p=0.
84mpa，原始瓦斯含量w=8.2040 m3/t, 透氣性係數λ=1.056m2/瓦斯放散初速度△p=18.
47mmhg，煤的堅固性係數f=0.82，相關引數指標超過臨界值，具有突出危險性，因此，興安礦18煤層在採掘作業過程中必須採取綜合防突措施。
22 #突出煤層始突標高為－384ｍ，2023年11月25日9時50分，在興安礦四水平一分段-385m標高機道石門發生突出，湧出瓦斯量1835m3，突出煤和岩石15t， 經煤炭科學研究總院撫順分院瓦斯實驗室鑑定，22號煤層原始瓦斯壓力p=2.18mpa，原始瓦斯含量w=8.452 m3/t, 透氣性係數λ=0.
131m2/瓦斯放散初速度△p=4.68mmhg，煤的堅固性係數f=0.61，相關引數指標超過臨界值，具有突出危險性，因此，興安礦22煤層在採掘作業過程中必須採取綜合防突措施。
三、保護層開採設計
21煤層平均煤層厚度為6.5m，本層距下覆煤層22層其層間距南薄北厚，在20公尺左右，屬於近距離上保護層開採型別，上伏18#煤層，其層間距南薄北厚，在25公尺左右，屬於近距離下保護層開採型別。
1、保護層工作面位置、範圍
本區位於三水平北21層三區四段，本工作面走向270公尺，傾斜長平均69公尺，總煤厚為6.5公尺左右，於2023年10月20日開採一分層，採高2.8公尺，可採儲量7.
3萬噸，現已回採結束。
2、21層通風系統：
（1）、採區及工作面入、回風系統。
入、回風系統：三水平北一石門→三水平北21層三區四段機道→工作面→三水平北21層三區四段軌道→一部分由軌道回風石門→三水平北六層一區軌道上山→二水平總排→中七d1、3號井→地面；另一部分由三水平北21層一區四段尾巷→三水平北六層四區軌道上山→三水平北七d南、北井。
（2）、專用回風巷情況
（1）三水平北21層三區四段尾巷；
（2）三水平北21層三區四段尾巷回風石門；
（3）三水平北六層四區上山；
（3）、主要入、回風巷道情狀況
各部分巷道無失修，且巷道斷面均達到通風要求，可以保證正常入回風。
四、21工作面開採對18工作面保護效果分析
21煤層在本區平均厚度6.5m，與18煤層層間距平均為25m左右，屬於近距離下保護層開採型別。該煤層在本區賦存較穩定，21與18煤層層間岩層以細砂岩為主，21煤層作為18煤層的下保護層先期開採後，必然對上部18煤層的瓦斯、地應力起到一定程度的卸壓作用，進而使煤層的突出危險性得以減弱乃至消除。
1、下保護層保護作用的理論分析
保護層的保護作用隨層間距的增大而減小，達到某一臨界距離時，保護作用消失。確定上保護層的最大保護垂距、有效保護範圍和保護煤量，可以採用如下方法確定。
(1) 根據《防治煤與瓦斯突出規定》，緩傾斜和傾斜上保護層開採的有效垂距為小於50m。
表1 保護層與被保護層之間的最大保護垂距
21煤層距上覆煤層18層其層間距南薄北厚，在25公尺左右符合《防治煤與瓦斯突出規定》所規定。
(2) 有效保護範圍和保護煤量的計算
保護層：三水平北21層三區四段，
採區要素：260×67=17420㎡
被保護層：三水平北18層三區五段，
採區要素：255×75=19125㎡
21層作為18層煤的下保護層，傾角10°，平均層間距25公尺，根據防突規定計算保護範圍：
傾斜方向卸壓角δ1、δ2定為77°、83°，傾斜方向保護範圍：67－25/tan77°－25/tan83°=60.2m；
走向方向卸壓角δ5定為60°，走向方向保護範圍：260－2×25/tan60°=231m；
保護層有效保護範圍：231×60.2=13906㎡
保護煤量：231×60.2×4.5×1.4=87609t。
現三水平北21層三區四段已經全部開採完，已將三水平北18層三區五段煤層解放。
五、21工作面開採對22工作面保護效果分析
21煤層在本區平均厚度6.5m，與22煤層層間距平均為20m左右，屬於近距離上保護層開採型別。該煤層在本區賦存較穩定，21與22煤層層間岩層以細砂岩為主，21煤層作為22煤層的上保護層先期開採後，必然對下部22煤層的瓦斯、地應力起到一定程度的卸壓作用，進而使煤層的突出危險性得以減弱乃至消除。
1、上保護層保護作用的理論分析
保護層的保護作用隨層間距的增大而減小，達到某一臨界距離時，保護作用消失。確定上保護層的最大保護垂距、有效保護範圍和保護煤量，可以採用如下方法確定。
(1) 根據《防治煤與瓦斯突出規定》，緩傾斜和傾斜上保護層開採的有效垂距為小於50m。
表1 保護層與被保護層之間的最大保護垂距
21煤層距下覆煤層22層其層間距南薄北厚，在25公尺左右符合《防治煤與瓦斯突出規定》所規定。
(2) 有效保護範圍和保護煤量的計算
保護層：三水平北21層三區四段，
採區要素：260×67=17420㎡
被保護層：四水平北22層二三區一段，
採區要素：350×125=43750㎡
21層作為22層煤的上保護層，傾角10°，平均層間距20公尺，根據防突規定計算保護範圍：
傾斜方向卸壓角δ3、δ4定為75°，傾斜方向保護範圍：67－2×20/tan75°=58.28m；
走向方向卸壓角δ5定為60°，走向方向保護範圍：260－2×20/tan60°=227m；
保護層有效保護範圍：227×58.28=13230㎡
保護煤量：227×58.28×4.5×1.4=83349t。
現三水平北21層三區四段已經全部開採完，已將三水平北２２層三區四段煤層解放。
2、21煤層保護層開採的保護效果分析
通過21煤層開採後對18、22煤層的各項引數包括煤層瓦斯壓力，煤層瓦斯含量, 透氣性係數，瓦斯放散初速度，煤的堅固性係數等的觀測，在上保護層首採的21工作面開採前後，22工作面突出煤層的煤層瓦斯壓力，煤層瓦斯含量等引數發生了明顯的變化。
表2 21煤層開採前後18煤層的各引數對比
表3 21煤層開採前後22煤層的各引數對比
在現場測定了該區煤層鑽屑解吸指標△ｈ2＝40ｐａ、最大鑽屑量ｓ＝1.8ｋｇ。**指標均小於臨界值，符合規定。
各引數的變化具有一定的內在聯絡，從不同的角度反映了21煤層的開採對18、22煤層的保護作用。
五、經驗與總結
1、首先選擇非突出煤層為保護層進行開採，然後開採被保護的突出煤層，其安全和經濟效益都極為顯著。
2、從以上分析可以看出，21煤層開採後，18煤層瓦斯壓力急劇下降到了0.2mpa，低於《防治煤與瓦斯突出規定》規定的0.74mpa；煤層瓦斯含量下降到了3.
8323m3/t，低於《防治煤與瓦斯突出規定》規定的8m3/t；22煤層瓦斯壓力急劇下降到了0.15mpa，低於《防治煤與瓦斯突出規定》規定的0.74mpa；煤層瓦斯含量下降到了3.
2258m3/t，低於《防治煤與瓦斯突出規定》規定的8m3/t；位於三水平北18層三區五段在保護範圍內的18煤層和位於四水平北22層二三區一段保護範圍內的22#煤層突出危險性已經消除，保護效果十分顯著。
［1］《煤礦安全規程》煤炭工業出版社，2023年2月第一版；
［2］《防治煤與瓦斯突出規定》讀本，煤炭工業出版社，2023年9月第一版。
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