滇东地区突出煤层群下保护层开采技术研究与应用

吕茂云

（云南新吉克矿业有限公司，云南曲靖655100）

摘要该文以吉克煤矿11101工作面回采为例，通过对突出煤层群下保护层开采过程中的技术研究，介绍了下保护层开采过程中的瓦斯抽放方法和抽采情况，从而增加了瓦斯抽采量，降低了工作面回风流瓦斯浓度，有效地保证了工作面的安全回采。关键词突出煤层群下保护层瓦斯抽采抽采效果中图分类号TD823．8文献标识码B

吉克煤矿目前一水平可采煤层有三层，分别为

M7、M9和M11煤层，M7、M9煤层层间距平均23．35m，

煤厚0．93m，属局部可采且不稳定煤层，无法实现区域

性防突。M11煤层为M9煤层的下邻近层，为可采煤

层，与M9煤层层间距为13．72～22．00m，平均18．59

m，M11煤层厚度1．40～2．08m，平均1．72m，尽管M9、

M11煤层均为突出煤层，但从其四个单项指标来看，

M11煤层的突出危险程度比M9煤层小，故选择M11

煤层作保护层开采，经过长时间的经验总结，采取以下

方法开采取得成功。

1突出煤层群下保护层开采技术的研究

1．1比值判别法

当保护层和被保护层层间距离和保护层采高比值

k大于7．5时，一般可以不影响上煤层开采，上煤层采

掘活动应在下煤层采后4～6个月进行。

用比值k的大小判别，即：

k=H/M

式中：H－上下煤层之间的垂距，m；

M－下煤层采高，m。

根据钻孔资料，M11煤厚2．08～1．69m，对应层间

距分别为22．00～13．72m，经计算，k值为10．58、8．12；

可见在开采厚度最大和层间距最小时，k值均大于

7．5。

1．2“三带”判别法

“三带”判别法认为上下煤层间距大于下煤层开

采的冒落带高度和裂隙带高度，就可以采用长壁垮落

法上行开采。对开采单一煤层时，冒落带高度和裂隙

带高度按以下公式计算：

Hm=（M－W）/（K－1）cosα

式中：Hm－冒落带高度，m；

M－开采煤层厚度，m；

*收稿日期：2011－12－14作者简介：吕茂云（1979－）男，毕业于山东科技大学采矿工程专业，本科学历，助理工程师，现为云南新吉克矿业有限公司通防科副科长。α－煤层倾角，取最大值10°；

K－冒落岩石碎胀系数（1．1～1．25），取1．2；

W－冒落过程中顶板下沉值（0～0．2m），取0．2m。

M11煤层上覆岩层为软弱岩组为主，选取下式计

算裂隙带高度：

Hi=100M/（3．5M+5．0）±4．0

Hi=10M1/2+5

计算出M11煤层最大厚度2．08m和最小厚度1．69m处冒落带高度分别为9．26m和7．34m；计算裂

隙带高度分别为20．94m、19．48m和19．42m、18．00m。

M9、M11煤层层间距为13．72～22．00m，计算结果处于

层间距最小、最大值之间。

1．3附加值法

受单个煤层上行开采采动影响，保证上层煤正常

开采的最小层间距离可按以下公式计算：

H＞1．14M2下+4．14+△m

式中：H－最小层间距离，m；

M下－下层煤采厚，m；

△m－安全系数（或附加值），一般取△m小于1．0m，或不考虑。

M11煤层最大厚度2．08m和最小厚度1．69m时，

最小层间距离13．72m值均大于计算结果10．07m和8．40m。

1．4顶板管理系数法

当煤层倾角α小于60°时，可用以下公式计算：

Hmin=K1M下cosα

式中：Hmin－最小层间距离，m；

K1－顶板管理系数；冒落法管理顶板时，K采用10。

经计算，M11煤层最大厚度2．08m和最小厚度1．69m时，H值分别为20．72m和16．8m，计算值在层间

距最小、最大值之间。

2下保护层开采过程中的瓦斯抽放方法和抽采情况

2．1抽放方法

根据11101回采工作面设计产量、瓦斯涌出量及

通风能力，采取本煤层、邻近层和采（下转第127页）5212012年第1期下沉系数0．7；

水平移动系数0．3；

开采影响传播系数0．8；

拐点平移距0．08H（H为采深）；

影响传播角90°～0．5α（α为煤层倾角）；

下山方向主要影响角正切值1．4；

上山方向主要影响角正切值1．7。

（2）七层煤复采地面沉降变形概率积分参数。

下沉系数0．85；

水平移动系数0．3；

开采影响传播系数0．7；

拐点平移距0．08H（H为采深）；

影响传播角90°～0．5α（α为煤层倾角）；

下山方向主要影响角正切值1．3；

上山方向主要影响角正切值1．6。

利用上述参数，对地表观测站各测点的移动变形

进行计算，从对实测结果进行的拟合计算中，可明显地

看到，2009年1月15日的地表测点下沉观测结果和水

平移动观测结果，均与其相应的计算结果相吻合，曲线

点位移动、变形拟合精度为±15mm；与2011年1月23

日的观测结果拟合精度为±19mm。说明求得的计算

参数符合实际。3结论

（1）通过对济阳煤矿首采区地表移动变形观测站

的设置、实测资料的采集、数据的处理和分析，获得了

地下开采引起的地表移动变形静态盆地的岩移参数，

适用于该地质采矿技术条件下充分采动时的概率积分

法参数，达到了观测站设置的预期目标。

（2）五层煤单独开采时，由于煤厚较薄坚硬岩层

断裂后会形成一定的离层和空隙，在不考虑岩石碎裂

的碎胀系数的情况下，这些离层和空隙可以起到一定

的减沉作用，引起的地表移动变形远小于Ⅰ级破坏的

限值，不会对地面建筑物造成比较严重的破坏。

（3）当七层煤与五层煤叠加开采时，因上覆岩层

在先前开采五层煤后已经历过冒落、裂缝、弯曲、离层

和下沉等移动变形，其原始状态已遭到破坏，岩层强度

减弱，当重复采动时，上覆岩层迅速弯曲下沉，地表下

沉值比初次采动加剧，下沉系数增大，对地面的沉降影

响超出Ⅰ级破坏的限值，对地面损害比较严重。

参考文献：

何国清，杨伦，凌赓娣等，矿山开采沉陷学，徐州：中国矿业大学出版社，1991年

（上接第125页）空区抽放的综合瓦斯抽放方法。

（1）本煤层抽放：采煤工作面掘进过程中采用预

抽，包括平行钻孔抽放、交叉孔抽放等；开采期间采用

边采边抽、高位抽放、交叉钻孔和上隅角抽放等。

（2）上邻近层九煤预抽孔：为解决M11工作面采

空区瓦斯涌出量大，工作面上隅角和回风巷瓦斯偏高

现象，施工专用瓦斯抽放巷对M9煤预抽，每隔40m布

置一个钻场，每个钻场布置18个抽放孔，钻孔直径

75mm，控制前方60m，终孔间距13．5m。

（3）采空区抽放：在M11煤层开采时，虽已进行了

上邻近层瓦斯抽放，但邻近层部分瓦斯将涌向采空区。

因此，M11煤层还需进行采空区抽放。对工作面采空

区抽放采用埋管法抽放，对已采完封闭的采空区通过

顶抽巷进行密闭法抽放。

2．2瓦斯抽采

地面永久瓦斯抽放泵站装备2BEC－52型瓦斯抽

放泵4台，井下移动瓦斯抽放系统安装2BEC－42抽放

泵2台，矿井抽放管路采用Φ800mm、Φ377mm、

Φ250mm管路。

（1）地面低负压泵抽放11101顶抽巷密闭、11101

工作面上隅角埋管。瓦斯抽采量110m3/min左右，瓦

斯浓度8～10%。（2）地面高负压泵抽放11101回风顺槽、运输顺槽

钻场。瓦斯抽采量105m3/min左右，瓦斯浓度4～

5．6%。

（3）井下移动泵抽放11101顶抽巷钻场。瓦斯抽

采量65m3/min左右，瓦斯浓度19～22%。

3下保护层开采实施后的效果检验

（1）根据2011年1～8月11101工作面瓦斯抽采

统计报表，11101工作面绝对瓦斯涌出量30．08m3/

min，抽采量22．36m3/min，抽采率为74．3%。

（2）11101采煤工作面风流、回风流及上隅角瓦斯

浓度分别在0．16%、0．21%、0．32%左右。

4结束语

（1）在工作面开采过程中要严格执行好区域、局

部两个“四位一体”综合防突措施。

（2）加强瓦斯地质预报工作，严格执行好长探短

掘制度，以免在掘进过程中发生误揭煤现象。

（3）加强瓦斯抽采管路的参数计量工作，搞好本

煤层和邻近层瓦斯抽采的分源管理，为工作面抽采效

果评价打好基础。7212012年第1期