保护层开采的基本技术

开采保护层的防突原理

保护层开采后，因围岩受力状态发生改变而自然向采空区移动，采空区上方岩层在重力和瓦斯压力共同作用下依次冒落、产生裂隙、弯曲下沉、采空区下方岩层发生膨胀、位移。这些不同方式的移动都会使保护层上下一定范围内的被保护层发生下一系列变化：保护层开采→被保护层卸压→透气性增大、瓦斯解吸→瓦斯迅速沿裂隙、钻孔等通道排出→保护层瓦斯压力、含量降低→煤层强度提高。保护层开采防突作用原理如图4-6所示。

图4-6  保护层开采防突作用原理框图

保护层选择遵循的原则

保护层选择是保护层开采技术的核心内容。选择时应充分遵循下列原则：

1.保护层稳定性较好

保护层应具备厚度（不小于0.5m）比较均衡，断层、褶曲少，能够得到全面、规模化开采；直接顶、底有明显标志，不因偶尔煤层缺失、尖灭、错断迷失方向而误穿突出煤层。所以，保护层的赋存应尽量稳定。

2.瓦斯突出危险性小

在开采多煤层的突出矿井中，应根据煤层突出危险性评估、鉴定、生产实践揭示划分出各煤层的突出危险性（强突出煤层、弱突出煤层、不突出煤层），优先选择不突出煤层作保护层，若无不突出煤层可选择，则应以弱突出煤层作保护层。

3.不能破坏被保护层

开采下保护层时，不能因采后的顶板冒落、移动而使上覆的可采煤层的完整性和连续性遭到破坏。其层间距H应根据采高、煤层倾角、采空区处理方式、顶板特性等综合分析确定，且符合（4-4）式。

 

（4-4）

当时a＜60时，；当a≥60时，。

式中，H为保护层与被保护层间距，m；为允许最小层间距，m；为保护层开采厚度，m；为保护层倾角，°；为顶板管理系数，冒落法管理顶板时，K取10，充填法管理顶板时，K取6。

4.开采时安全有保障

开采近距离下保护层时，要有采高限制，不得因煤层厚度增大而无限增大采高，防止被保护层处于冒落带而完整性遭到破坏，大量的卸压瓦斯涌入采空区进入工作面。对此，一般不选择近距离下保护层。对层间为易软化、膨胀岩层的上保护层，层间距离不得小于8m，以防被保护层的高压瓦斯引起层间岩层鼓起、破坏而危及工作面安全。

5.便于瓦斯高效抽采

保护层的位置、与各邻近煤层的间距、层间岩性都影响着瓦斯抽采巷道的布置，进而关系抽采的合理性、可靠性。所以保护层的选择要求：一是便于拟定瓦斯抽采巷道，满足保护层瓦斯的预抽和保障被保护层、邻近层瓦斯的卸压抽；二是抽采巷道岩层稳定，保障抽采巷道、钻场、钻孔不遭受较严重采动破坏而影响抽采效果。

6.利于采掘接替部署

煤与瓦斯突出矿井开拓、准备巷道一般都是布置在煤系底部的岩层中。当选择上保护层时，各区段石门必然要先掘过未受保护的强突出煤层，防突风险较大，揭煤与巷道准备时间较长而不利于采掘部署。若选择下保护层，不仅避免了上保护层的弊端，还因在倾斜方向下保护层采煤工作面至少超前于被保护层工作面一个区段而避免采掘集中。所以下保护层有利于采掘部署。

保护范围的划定方法

保护层有效保护范围的考察技术性强，工作要求高。考察时环境、条件较难代表矿井普遍情况，考察结果难以达到安全工作所要求的绝对可靠。因此，原则上按《防治煤与瓦斯突出细则》给出的方法进行保护范围划定。

1.法向保护范围与划定

重庆地区在保护层的开采，都是采用全部陷落法管理采空区，经长期实践证明：采高h≥0.5m，采煤工作面长度L≥80m，或采取无煤柱开采时下保护层法向最大保护距离，上保护层法向最大保护距离。

2.沿倾斜方向的保护范围

保护层停采3个月后，对被保护层沿倾斜方向的保护范围根据卸压角δ划定，如图4-7所示。矿井若无实测的卸压角，可参考表4-2的卸压角划定。

A—保护层；B—被保护层；C—保护范围边界线

图4-7  保护层采后沿倾斜方向的保护范围示意图

表4-2  保护层沿倾斜方向的卸压角

3.沿走向方向的保护范围

保护层采煤工作面停采时间超过3个月后，对被保护层沿走向的保护范围可在始采线、采止线以及所留煤柱边界线以δ5=56°～60°的卸压角划定，如图4-8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

图4-8  保护层采后沿走向的保护范围示意图

4.保护层工作面超前距

正在开采的保护层工作面必须超前于被保护层掘进工作面，超前距不得小于3倍保护层与被保护层间距，且不得小于100m。

5.保护关系图的编制要求

（1）不规则煤柱规则化。煤柱是指保护层开采过程中留下未开采的煤体。在平面或立面图上，实际煤柱轮廓线与煤层走向或倾向明显不一致的煤柱称为不规则煤柱。在不规则煤柱外轮廓突出点画一个与煤层走向、倾向平行的外接矩形，将不规则的实际煤柱转换为编制保护关系图的矩形煤柱的过程称为不规则煤柱规则化。实践证明，以这个规则化的煤柱为基础编制的保护关系图才具有可靠性。所以，保护关系图的编制应首先把不规则煤柱规则化。

（2）保护关系图编制要点。保护关系图至少由保护层与被保护层合一的平（或立）面图，通过煤柱的走向、倾向剖面图构成。保护关系图的比例不得小于1:1000。在剖面图上画出规则化的煤柱（涂黑），卸压线、卸压角、被保护层未保护范围（煤柱危害范围）并涂红，标注未保护范围尺寸、标高、层间距、煤层倾角等。在平（或立）面图上画出保护层煤柱（涂黑）及附近被保护层的设计、施工巷道和未保护范围（涂红），标注未保护区拐点坐标（X、Y、Z）及其与相关巷道的尺寸。