贵州吉顺矿业有限公司晴隆县鸡场镇永荣煤矿一采区11401上保护层开采保护效果考察报告贵州吉顺矿业有限公司晴隆县鸡场镇永荣煤矿2016年12月一采区11401上保护层开采保护效果考察报告审签表目录前言 (4)第一章矿区基本情况 (5)1.1地质概况 (5)1.2瓦斯 (5)1.3煤层爆炸性 (5)1.4煤的自燃倾向性 (6)第二章工作面概况 (6)2.1 保护层与被保护层工作面回采巷道布置 (6)第三章一采区11401上保护开采效果考察设计 (7)第四章一采区11401上保护层开采保护效果分析 (7)4.1 国内上保护层开采的实践 (7)4.2 上保护层保护作用的理论分析 (9)4.3 一采区11401保护层有效保护范围分析 (10)第五章 11501准备工作面煤巷掘进对保护效果的验证考察 (15)5.1 煤巷掘进工作面的瓦斯涌出情况 (15)5.2 煤巷掘进工作面的突出危险性预测结果 (16)第六章结论 (17)问题及建议 (17)后附： (18)一采区11401上保护层开采保护效果考察报告前言根据贵州吉顺矿业有限公司晴隆县鸡场镇永荣煤矿（以下简称永荣煤矿）目前的生产情况，以永荣煤矿《防治煤与瓦斯突出专项设计》为基础；经贵州吉顺矿业有限公司、永荣煤矿、重庆迪苒矿山工程设计有限公司共同研究，根据永荣煤矿C14煤层赋存情况及11401开采条件，在对C14煤层采取瓦斯综合治理措施的条件下进行开采C14煤层保护C15煤层的效果考察，具体的考察的工作面为C15煤层的11501运输巷和11501回风巷。
在考察效果各方的密切配合下，永荣煤矿11401上保护层开采保护效果考察已取得了圆满成功。
目前，保护层工作面11401已经于2015年11月回采完毕，被保护层掘进工作面 11501运输巷和11501回风巷按照永荣煤矿《防治煤与瓦斯突出专项设计》施工验证，已于2016年12月分别掘进至距巷道开口152m和56m处。
永荣煤矿11401上保护层开采的效果及合理保护范围参数进行了全面的考察、验证、分析和确定，考察验证确定出了C14煤层的卸压保护角以及其它合理保护参数。
通过11401保护层开采效果分析及11501准备工作面煤巷掘进验证考察的结果，认为在保护层工作面11401开采以后，按照《防治煤与瓦斯突出规定》第五十七条：在煤巷掘进工作面和回采工作面分别采用本规定第七十四条、第七十八条所列的工作面预测方法对无突出危险区进行区域验证及第五十八条：当区域验证为无突出危险时，应当采取安全防护措施后进行采掘作业。
被保护层范围及目前被保护的11501准备工作面掘进巷道在受到有效卸压保护的区域内，其煤与瓦斯突出危险性已经消除。
第一章矿区基本情况1.1地质概况永荣煤矿矿区内地层为单斜构造，局部断层较发育，矿区内F4断层对煤层破坏作用较大， F203、F3只发育在三叠系地内，因此它们对煤层没有破坏作用，F4、F6021、F6022、F601均有钻孔控制，断层已查明。
F1、F2、F5、F6断层位于矿区边界外。
地层产状沿走向及倾向变化不大，构造复杂程度为中等构造。
此外，落差小于2m的断层在C15煤层中仍有可能存在，掘进过程中需探明前方构造后方可掘进。
从地面调查及钻孔揭露情况看，断层的富水性、导水性均较弱。
基本认为本矿区水文地质复杂程度总体为以顶板进水为主的水文地质条件简单的裂隙充水矿床，水文地质类型为二类一型。
1.2瓦斯（1）瓦斯等级鉴定根据黔能源煤炭[2011]790号文，《关于黔西南州煤炭局〈关于上报黔西南州2011年度煤矿瓦斯等级鉴定的报告〉的批复》，“鸡场镇永荣煤矿矿井最大绝对瓦斯涌出量为3.62m3/min，相对涌出量77.47 m3/t；绝对二氧化碳涌出量为0.59m3/min，相对涌出量17.86 m3/t；矿井瓦斯等级为高瓦斯矿井。
（2）煤与瓦斯突出鉴定二○一一年十一月河南理工大学煤矿安全工程技术研究中心对本矿C14、C15煤层进行了煤与瓦斯突出鉴定，并提交了《晴隆县鸡场镇永荣煤矿C14、C15煤层煤与瓦斯突出鉴定报告》，根据该报告，C14、C15煤层均具有煤与瓦斯突出危险性,C14、C15煤层均为煤与瓦斯突出煤层。
本矿井按煤与瓦斯突出危险性矿井设计。
1.3煤尘爆炸性根据贵州省六枝工矿（集团）恒达勘察设计有限公司实验室2007年12月5日提交的《晴隆县永荣煤矿煤尘爆炸性鉴定报告》，该矿C14、C15煤层煤尘均无爆炸危险性。
1.4煤的自燃倾向性根据贵州省六枝工矿（集团）恒达勘察设计有限公司实验室2007年12月5日提交的《晴隆县永荣煤矿煤炭自燃倾向性鉴定报告》，该矿煤层C14自燃倾向为III类，属不易自燃煤层，C15煤层自燃倾向为III类，属不易自燃煤层。
第二章工作面概况一采区11403位于C14煤层，平均厚度为2.2m，与C15煤层层间距平均为29.13m，属于中距离上保护层开采类型。
根据C14、C15煤层具体的赋存条件，以及开采上保护层瓦斯治理技术途径，本报告按照矿井《防治煤与瓦斯突出专项设计》就保护层和被保护层区域进行效果考察设计。
2.1 保护层与被保护层工作面回采巷道布置C15煤层目前掘进11501运输巷及11501回风巷和上保护层C14煤层的11401位于同一采区（即：一采区），按照矿井《开采设计》原11401采面运输巷按照+990m标高进行掘进536m与11401回风巷按照+1046m标高掘进475m后施工11401采面切眼进行贯通，形成进回风系统（该工作面于2015年11月回采完毕）。
11501准备工作面按照设计在+990m石门施工11501运输巷472m与在+1020m石门施工11501回风巷420m后，施工11501采面构成负压通风系统（目前该工作面未形成）。
根据永荣煤矿《11401保护层开采与11501准备工作面被保护层开采保护效果分析报告》11501准备工作面的掘进巷道均在被保护范围内。
后附：工作面布置见图第三章一采区11401上保护开采效果考察设计根据《防治煤与瓦斯突出规定》区域措施效果检验第五十一条：当采用残余瓦斯压力、残余瓦斯含量检验时，应当根据实测的最大残余瓦斯压力或者最大残余瓦斯含量按本规定第四十三条第（三）项的方法对预计被保护区域的保护效果进行判断。
若检验结果仍为突出危险区，保护效果为无效。
因此，在11501运输巷分别距巷道开口102m及150m处施工两个钻场各布置两个检验钻孔及11501回风巷距巷道开口54m处施工钻场布置两个检验钻孔，共计6个检验钻孔进行区域措施效果检验。
后附：11501运输巷检验钻孔设计图11501回风巷检验钻孔设计图第四章一采区11401上保护层开采保护效果分析C14煤层在本区平均厚度2.2m，与C15煤层层间距平均为29.13m，属于中距离上保护层开采类型。
该煤层在本区赋存较稳定，C14与C15煤层层间岩层以粉砂岩为主。
C14煤层作为C15煤层的上保护层先期开采后，必然对下部C15煤层的瓦斯、地应力起到一定程度的卸压作用，进而使煤层的突出危险性得以减弱乃至消除。
4.1 国内上保护层开采的实践所谓保护层一般是指突出矿井在煤层群中首先开采的非突出煤层或弱突出煤层，该煤层开采后，能使邻近的突出煤层丧失或降低突出危险性，从而达到防止煤与瓦斯突出的目的。
保护层的开采使得周围的煤、岩层向采空区方向变形和移动，地应力重新分布，采空区上方形成自然冒落拱，压力传递给采空区以外的岩层承受。
采空区上、下方的岩体向采空区膨胀变形，地应力向开采空间的周围转移，从而使得采空区上、下方煤岩体内的应力降低。
此外，卸压带范围内煤岩层中产生新的裂隙，原有裂隙也张开扩大。
在距保护层一定距离内，这些裂隙可彼此贯通，使得煤层透气性增高数十到数百倍，甚至与保护层采空区连通，提供了被保护层解吸瓦斯的涌出通道。
被保护层的卸压提高了瓦斯的排放能力，瓦斯不断涌出后，瓦斯压力下降，煤的力学强度也相应提高。
因此，保护层开采后，采空区上、下方煤岩体应力降低，透气性增大，煤层瓦斯压力下降。
从而对被保护层起到卸压保护作用，突出危险性降低或消除。
其保护作用原理见图1。
我国一些突出矿井倾斜煤层上保护层开采的实践效果如表3所示。
由表3可以看出，在煤、岩层倾角27°～62°，保护层厚度小于0.5m，层间垂距6～90m，相对层间垂距R（即层间垂距与采高比）为9～160之间的条件下，上保护层的开采取得了很好的防止煤与瓦斯突出的效果，在其保护范围内，被保护层不具有突出危险性。
图1 保护层防治煤与瓦斯突出原理框图永荣煤矿一采区11401上保护层开采C14煤层平均倾角为23°，上保护层的开采厚度为2.2m，保护层与被保护层之间的垂距为29.13m，相对层间距为13.24。
在永荣煤矿这样的条件下开采上保护层C14煤层比表3的多数矿井更有利于降低或消除被保护层的突出危险。
因此，根据国内的成功经验，开采C14煤层作为C15煤层的上保护层，将能够取得很好的防止煤与瓦斯突出的效果。
表3 我国一些突出矿井上保护层开采的实践效果4.2 上保护层保护作用的理论分析保护层的保护作用随层间距的增大而减小，达到某一临界距离时，保护作用消失。
确定上保护层的有效层间距，可以采用如下三种方法确定。
(1) 根据《防治煤与瓦斯突出规定》的推荐，缓倾斜和倾斜上保护层开采的有效垂距为小于50m。
(2) 根据保护层厚度、顶板管理方法、回采工作面长度和开采深度等因素，按如下公式确定上保护层开采的有效垂距：S上= h上β1β2式中：S上—上保护层的最大有效层间垂距，m；h上—上保护层的理论有效层间垂距，m，它与工作面长度a和开采深度H有关，当a＞0.3h时，则取a=0.3h，但a不得大于250m；β1—保护层开采影响系数，当M≤m o时，β1=M/ m o，当M＞m o时，β1=1；M—保护层开采厚度，m；m o—开采保护层的最小有效厚度，m；β2—层间硬岩（砂岩、石灰岩）含量系数，以η表示硬岩在层间岩石中所占的百分比，η≥50%时，β2=1-（0.4η/100），η＜50%时，β2=1。
按照这一方法的计算公式计算得出的11401上保护层开采的有效保护垂距为89.82m。
(3) 保护层的保护作用不仅与层间距离有关，而且与保护层的开采厚度有关。
因此，在讨论保护作用时，应把保护层厚度与层间垂距结合起来考虑，引入相对层间距离的概念，即层间垂距与采高的比值R=h/m。
相对层间距越小，保护作用越充分，反之亦然。
保护层开采的实践经验表明：开采上保护层的相对层间距R＜75m时，被保护层从未发生过突出。
因此，可以把上保护层开采时相对层间距R＜75m作为选择保护层的一个依据。
对于11501准备工作面，C15煤层距C14煤层29.13m，R=h/m=13.24。