煤柱留设对被保护煤层突出危险性的影响

煤柱留设对被保护煤层突出危险性的影响研究孔胜利1,3，王海锋1,3，宋磊25 （1.中国矿业大学煤矿瓦斯治理国家工程研究中心，徐州221116；2.沈阳红菱煤矿，沈阳110000；3.中国矿业大学安全工程学院，徐州22111）摘要在煤保护层开采技术中保护层如果留设有煤柱将会对被保护煤层突出危险性的消10 除造成严重的影响本文以红菱煤矿西三采区保护层开采为背景通过对比被保护层受保护层煤柱影响范围内外的不同区域的瓦斯突出危险性总结得出了煤柱留设对被保护煤层突出危险性的影响结果表明在煤柱影响区内被保护煤层的突出危险性依然存在需要采取相应的补充措施。这为矿井的安全生产提供了数据基础和参照依据。关键词：全工程；保护层；煤柱；突出危险性15 中图分类号：TD712StdyonOutustRiskofProecedCalseamIfuencedbyCalPllarKNGShengli1,3,ANGaifeng1,3,SOGLei220 (1.NationalngneeingandReearchCnterforColasContro,ChinaUiversityofining&Technolgy,Xuzhou221116;2.SengYagHongligoaline,沈阳110000;3.FacutyofSafetyEngineering,hinaUniverstyofMinig&Thnology,Xuhou221116)Abtrat:Inpotectivelayeriningtchology,theoutburstriskeliminationinprotected25 layerwillbeseriousyaffectedbythecoalpillarexistedinprotectivelayr.InthispaperwetakeprotecivelayeriningproctnHngingoalineasbackgroud,coparedtheoutburstrikinndoutoftheareawichaffectedbythecoalpilarxsiedinpreoctectveayer.Theesultssowhatnheoalpillaraffectdaratheouburstriskstillexit.Thecopleenteasuresarenededoliinateherik.Thatprovidethedatabaseand30 referencetothesafetynprdution.Keyord:sfetyengieerng;protectvelayer;oalpllar;ouburstrik0 引言我国煤矿95%为井工开采，绝大多数为瓦斯矿，且高瓦斯矿井和煤与瓦斯突出矿井占35 48%1。对于突出矿井，《防治煤与瓦斯突出规定》中明确指出必须采取“区域措施先行，局部措施补充的原则[2长期的理论研究和突出危险煤层开采实践表明保护层开采技术是最有效、最安全和最经济的防治煤与瓦斯突出的措施[3-4]。通过保护层的开采，为邻近煤层的卸压瓦斯抽采提供了有利条件,结合卸压瓦斯抽采，可以有效的降低煤层的瓦斯含量消除突出煤层的煤与瓦斯突出危险性[5而如果保护层在回采过程中留设有煤柱则会在被保40 护层形成相应的煤柱影响区煤柱影响区内由于受到应力集中的作用其煤层的突出危险性将会大大增加，给煤矿生产带来安全隐患。作者简介：孔胜利（1987-），男，安徽合肥人，硕士研究生，主要从事矿井安全方面研究通信联系人：王海锋(1979-)男,副教授,主研究方向煤矿瓦斯防治.E-il:HYPERLINKmailto:wanghaifeng_1979@126anghaieng1979@1261 研究背景本文红菱煤矿西三采区为研究对象西三采区范围内含煤地层为山西组和太原组采区内主采煤层为7煤和2煤。其中7煤平均厚度为2.30，12煤平均厚度为5.80，煤层45 倾角为49，赋存稳定，7煤和12煤的平均层间距约为72，煤层柱状图如图1示。统 岩层界 系 统 组 柱状

/m 岩性二 下 山叠 西系 统 组上(P)(P1)(P1s)古石 上 太 生炭 原系 统 组

7煤粉砂岩泥岩8煤9煤10煤泥岩11煤界(Pz2)

(C)(C3)(C3t)

粉砂岩泥岩12煤图1红菱煤矿煤系地层综合柱状图Fig.1CoprhensivecolunrchatofcalsaminHonglingcoalmine西三采区范围内7煤层与12煤层具有突出危险性，首先通过区域措施消除7煤突出50 危险性后，在开采7层保护2层，来消除2煤层的突危险性，图2所示。图2西三采区保护层开采示意图Fig.2Skechfprotectielayrininginthewest3rdiningarea在开采7煤层过程中，由于保护层的采动作用，使得底板煤岩层卸压，下被保护层1255 煤层获得卸压效果，底板煤岩层内形成大量裂隙[67，12层卸压瓦斯依靠采动产生的层间裂隙运移至7煤层作面及采空区再经7煤层工作面风排采空区埋管抽放顶板走向高位钻孔抽放排出，从而降低2层瓦斯含量和压力。2 保护层煤柱留设保护层7煤在回过程中，未采用连续开采技术，在工作面与工作面之间留设有10m60 的保护煤柱，《防治煤与瓦斯突出规定》中给出的煤柱的边界线可按卸压角56°～60°划定，如图4所示。A—保护层；B—被保护层；C—煤柱；D—采空区；E—保护范围；F—始采线、采止线65 图3保护层工作面煤柱的影响范围Fig.3Skechfinflenceaeaofcoalpllrinprotectivelayr根据规定要求δ5取0西三采区内7煤与2煤层距约为70层间距相对较大，经计算得到，7煤留设的10m煤柱，其在被保护2层产生的煤柱影响区宽度可达908，如图4所示。70 图4煤柱留设及影响区示意图Fig.4Figurefarranementofcoalpllarandnfluenerea3 煤柱影响区内外保护层开采效果对比3.1 煤柱影响区外保护层开采效果75 煤层斯含量和煤层瓦斯压力作为主要的区域突出危险性预测指标能够较好的反映区域范围内的煤层突出危险性，为了确定煤柱影响区外的7煤层开采对12煤层的保护效果，对2煤层瓦斯压力和瓦斯含量进行了测定。根据煤层瓦斯压力测定的原理，为了测定开采7煤层对12煤层的卸压效果，在12煤层底板施工了一条效果考察巷，在考察巷道内共设计施工了5个穿层钻孔用于测定12煤层80 的瓦斯压力。钻孔终孔位置如图5所示。图5测压钻孔布置示意图Fig.5Skechfarranementofpresuretesthe钻孔施工参数见表1示。85 表1测压钻孔施工参数统计表Tab.1Paameerofpresuretethoe孔号仰角/°偏角/°见煤深度/m终孔深度/m1900孔号仰角/°偏角/°见煤深度/m终孔深度/m1900465129003850386左偏7549483右偏753848571039变化如图6所示根据测压点的位置与7煤层作面回采推进速度的可得瓦斯压力与工作面推进变化关系如图7所示。71号孔6 2号孔3号孔瓦斯压力/MPa5 4瓦斯压力/MPa5号孔432100 10 20 30 40 50 60 7090 天数/d图6瓦斯压力测定值记录Fig.6Curvesfethanepresreof12#calsam6工作面5 推进方向

测压点位置瓦斯压力/MP瓦斯压力/MPa3 装表时工作面位置210-250 -200 -150 -100 -50 0 50 100 150保护层工作面距测压点水平距离/m95100

图7瓦斯压力与保护层工作面距测压点位置关系示意图Fig.7Rlaioshipofethaepressureandworkfaceofprtecivelayer由图看出2煤在未受动影响时其原始瓦斯压力最高可达MPa当7煤层作面推进至2煤层测压点前12m处时2煤层瓦斯压力受采动影响快速下降7层工作面继续推过测压点至20m时12煤的瓦斯压力重新趋于稳定至4Ma以下此时可认为测得的瓦斯压力为2的残余瓦斯压力根据瓦斯压力和工业分析的数据可得2的原始瓦斯含量和残余瓦斯含量如表2示。表2瓦斯压力及瓦斯含量计算结果瓦斯压力/Ma瓦斯含量/m/t瓦斯压力/Ma瓦斯含量/m/tTab.2esultofcacultede瓦斯压力/Ma瓦斯含量/m/t瓦斯压力/Ma瓦斯含量/m/t卸压前(原始量) 卸压后（残余量）孔号12345105110115

12煤层的余瓦斯压力和残余瓦斯含量均小于《防治煤与瓦斯突出规定》中给出的临界值，因此，可以得出在煤柱影响区外，通过7煤层开采对2煤层生较好的卸压保护效果。3.2 煤柱影响区内煤层突出危险性在煤巷掘进期间采用钻屑量钻屑瓦斯解析指标并结合打钻过程中突出预兆等预测工作面前方煤体的突出危险性煤巷掘进期间的突出预测是对区域措施效果的验证是验证突出危险性是否彻底消除的重要标准。为了分析煤柱影响区内煤层的突出危险性，选择1201运输顺槽掘进巷道作为考察对象，1201运输顺位置如图8所示。图81201运输顺槽位置示意图Fig.8Skechfplaceof1201ransittunnel从图中可以看出，1201运输顺槽的位置正好处于7煤层柱影响区范围内，其巷道掘进时采用△2和Sax值作为突出危险性预测指标，测得数据如图9所。△h2（Pa） Smax（Kg/m)400 8350300 6△h2△h2（Pa）Smax（kg/m）200Smax（kg/m）150100 25002011/7

2011/7

2011/7

2011/7

2011/72011/7

2011/8

2011/8

2011/8

02011/8/6 /11

/16

/21

/26

/31

/5 /10

/15

/20120

图91201运输顺槽掘进突出危险性预测指标Fig.9Indexofoutburstiskintunnelingof121transttunel在巷道掘进期间，△h2均值为152P，Sax均值为。在掘进过程中，预测指标△h2发生次超标测得最大值达到340Pa大于突出危险性临界值200Pa证在煤柱影响区内被保护层无法受到保护层的采动卸压影响且由于集中应力的存在其突出危险性125130

可能还会增加。4 结论()现场对7煤层煤柱响区外2层的煤层瓦斯压力的进行了测定，结果表明，通过开采7层作为保护层12煤实测最高瓦斯压力可由MPa至0.64MPa以瓦斯含量可由229³/t降至³/t以残余瓦斯压力残余瓦斯含量均小于区域突出危险性预测指标的临界值。证明在煤柱影响区外保护层效果较好。()在煤柱响区范围内，由于受应力集中的影响，从巷道掘进的突出危险性预测指标反映来看，其突出危险性可能增强，这为生产安全带来了隐患，必须通过其他的区域措施，彻底消除该区域的突出危险性。[参考文献]References)135140

[1]胡殿明，林柏泉.煤层瓦赋存规律及防治技术[M.徐州：中国矿业大学出版社,2006.[2]国家安全生产监督管理局国家煤矿安全监察局.防煤与瓦斯突出规定[M]北京煤炭工业出