保护层开采及技术效应

保护层及围岩特征

众所周知：重庆是煤与瓦斯突出的重灾区，突出矿井的各个可采煤层都有突出危险性，这为保护层的选择与开采带来许多困难与风险。现就主要煤矿的保护层、被保护层、层间岩性见表4-1。重庆地区主要煤矿保护层、被保护层、层间岩性

保护层开采的效果

1.保护效应参数及其变化

鱼田堡、渝阳煤矿属于近距离上保护层，南桐煤矿属于中距离下保护层，中梁山煤矿属于近距离下保护层，磨心坡属于远距离上保护层。开采后的被保护层的瓦斯压力P、透气性系数λ、应变量Ɛ、钻孔瓦斯抽采量Q等保护效应参数的变化如图4-1、4-2、4-3、4-4、4-5所示。

图4-1  鱼田堡矿3号煤层采后4号煤层的相关参数变化

图4-2  南桐矿5号层采后4号煤层的瓦斯相关参数变化

图4-3  渝阳矿7号煤层采后8号煤层瓦斯相关参数变化

图4-4  中梁山矿2号煤层采后1号煤层的瓦斯相关参数变化

图4-5  磨心坡矿3号煤层采后9号煤层的相关参数变化

2.保护效应参数变化的规律

从图4-1～4-5得出保护层开采效应参数变化规律如下：

1）工作面煤壁前方不远处小范围煤岩压缩，被保护层瓦斯压力略有增加，被保护层透气性系数略有减小。

2）在工作面煤壁附近的被保护层开始出现应力、瓦斯压力下降，煤层发生膨胀变形（煤厚最大），抽采钻孔瓦斯流量增大；工作面后方0.5～1.5倍层间距处效应指标变化量达到最大值。

3）在采空区后方的煤层透气性系数λ、煤层变形量Ɛ有所下降，但远大于原始值。

4）随着工作面的推进，钻孔瓦斯流量达到最大值后逐渐衰减，并有下列规律：

（1）钻孔瓦斯抽采量达到最大值的点与工作面煤壁的距离基本符合（4-1）、（4-2）式。

（4-1）

式中，为开采上保护层的卸压抽采钻孔瓦斯抽采量达到最大值位置与工作煤壁距离，m；h为保护层与被保护层的距离，m；

（4-2）

式中，为开采下保护层的钻孔瓦斯抽采量达到最大值位置与工作煤壁距离，m；为工作面控顶距，m；

（2）钻孔瓦斯流量衰竭位置与工作面煤壁的距离基本符合（4-3）式。

（4-3）

3.保护效应参数变化的本质

根据矿井实际保护效果变化规律，结合矿压变化规律可以得出：保护层开采后在煤壁前方不远范围产生支承压力，形成应力集中区；在采空区上下一定范围内的煤岩层，从近似的三向等压状态变成单向、双向或三向不等压状态后，岩层便发生垮冒、破断、离层、位移，煤岩应力降低；同时，煤层中的原生裂隙张开，次生裂隙产生，透气性增大，瓦斯快速解吸并通过裂隙迅速、大量流向采空区或抽采钻孔；被保护层的瓦斯大量流出后，煤层瓦斯含量、压力大幅度降低。