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遠程保護層開采綜合治理技術

文檔作者：王京明文檔來源：陽泉煤業集團翼城華泓煤業公		點擊數：	更新時間： 2025年05月01日
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2013年第6期(總第93期)
鈺濠占芋釷
ENERGY AND ENERGY CONSERVATION 2013年6月
能源旃究
遠程保護層開采綜合治理技術
王京明
(陽泉煤業集團翼城華泓煤業公司，山西陽泉045000)
摘要： 分析了保護層開采的機理，指出了保護層開采的必要性及可行性；提出了遠程保護層開采“三位一體”的立
體綜合治理新模式，實現安全、高效、高產的目的。
關鍵詞：遠程保護層開采；防突機理；可行性；三位一體；綜合治理
中圖分類號：TD82 文獻標識碼： A 文章編號： 2095—0802一(201 3)06—0026—02
Comprehensive Control Technology of the Remote Protective Layer Mining
WANG Jing—ming
(Yicheng Huahong Coal Company of Yangquan Coal Industry Group，Yangquan 045000，Shanxi，China)
Abstract：Analyzed the mechanism of the protective layer mining，pointed out the necessity and feasibility of the protection layer
mining；proposed the new model of three-dimensional comprehensive management of the remote protective layer mining with”
trinity”，to achieve the safe，efficient and productive purpose．
Key words：remote protective layer mining；outburst prevention mechanism；feasibility；trinity；comprehensive treatment
O引言
隨著工業的不斷發展，其煤礦的需要越來越大。
因此，煤礦的開采深度在不斷地增加，開采規模也在
不斷地擴大，在煤礦進行開挖過程中，必須要注意安
全生產。目前，瓦斯與煤存在的最主要問題就是煤礦
安全生產問題。為了有效、經濟、安全地防治瓦斯與
煤突出事故，保證工作人員在煤礦開挖過程中的人生
安全，就需要專家學者進行深入地研究，提出科學合
理的有效的防治措施，預防和減少瓦斯與煤存在的安
全問題。目前大量的實驗已證明防治煤礦突出危險的
有效方法保護層開采技術，且還用相應的法律法規進
行了確立，這種技術目前在國內外已被廣泛的應用到
實際工程中。
1工程概況
陽泉集團陽泉煤礦是一座現代化礦井，瓦斯壓力
和煤層瓦斯含量隨著礦井開采深度延伸而不斷加大，
其礦井存在的危險的可能性也在不斷增加。礦井的高
效高產建設和安全生產受瓦斯涌出量及形式而受到非
常大的影響。尤其是該礦的戊九采區和丁九采區，戊
收稿日期：2013-05-02
作者簡介：王京明，1975年生，男，山西昔陽人，1997年畢業于
中國礦業大學采礦工程專業，采礦工程師。
·26·
九采區的綜采面在回采過程中瓦斯影響生產問題是非
常嚴重；丁九采區中的丁5、6煤層是突出煤層，在
掘進巷道時，煤炮、夾鉆、頂鉆等動力現象比較明
顯，巷道掘進施工進度將受到嚴重的影響。
由于丁九采區的丁5、6煤層是突出煤層，因此，
在沒有組內近距離保護層還是可以進行開采的。為了
實現高效、高產、安全的目的，就需要取得良好的治
理效果與瓦斯抽采，因此，需要以礦井安全生產計劃
要求和該工程公司區域瓦斯治理指導思想作為開挖的
標準，在戊8煤層進行開采時需要對其上部丁5、6
煤層形成卸壓保護。
2保護層開采理論
保護層先開采后，在其上下煤層發生變形和位
移，地應力減小，透氣性增加，突出煤層地應力下
降。再通過被保護層的卸壓瓦斯強化抽采，煤層瓦斯
壓力和含量下降。上部被保護層相對變形量可達2％，
透氣性系數增加2 000倍～3 000倍。下部被保護層
相對位移膨脹可達0．4％，透氣性系數增加幾百至一千
倍。保護范圍內煤層抽采率可達50％以上，壓力降至
0．6 MPa以下，含量下降60％，堅固性系數提高48％
，100％，從而使保護范圍內的煤層喪失突出危險性，
采掘時瓦斯涌出量大大減少【l，21。
萬方數據
2013年第6期王京明：遠程保護層開采綜合治理技術2013年6月
3保護層開采可行性分析
保護層開采范圍需要按照《防治煤與瓦斯突出規
定》的相關要求進行確定：保護層開采時，上部不被
破壞時其保護層的最小層間距離應照下列公式(1)或(2)
式來確定：
a<600時，H=KMcosa， (1)
a>，60。時，H=KMsin(od2)， (2)
其中：a為煤層傾角，。；H為允許采用的最小層間
距，m；K為頂板管理系數。冒落法管理頂板取10；
充填法管理頂板取6；M為保護層的開采厚度，m。
該工程中的戊一19170工作面的or=9．1 o，根據上
述可知，其保護層最小保護層間距應按照式(1)進
行計算。
4開采保護層綜合治理措施研究
治理瓦斯的措施主要有3種：通風方式和瓦斯抽
放相結合的綜合方式，瓦斯抽放，通風嗍。這些措施
的主要作用是：a)使高濃度瓦斯隔離出來。為了達
到安全生產的目的，需要根據遠程保護層開采卸壓瓦
斯時空運移規律研究結果提出遠程保護層開采卸壓瓦
斯治理的新模式：即U+L型通風等措施“三位一體”
的立體綜合治理、采用頂板走向鉆孔抽放裂隙帶瓦
斯、專用瓦斯抽采巷埋管+封堵；b)使采空區瓦斯
涌出量減少；c)為了使瓦斯涌出均勻化，改變工作
面風流的流動方向。
4．1 U+L型通風方式
這種方式主要是針對上隅角瓦斯頻繁超限的情況
實施的方式，其遠程保護層開采卸壓瓦斯技術治理主
要是通過改變工作面通風方式。U+L型通風系統不僅
僅可以大大改善u型工作面上隅角瓦斯超限問題，減
少工作面上隅角的瓦斯涌出，其主要是因為瓦斯濃度
分布的改變，其風流壓差的作用下采空區的相當大的
一部分瓦斯被引入專用排瓦斯巷，而且還可以增加工
作面的風排瓦斯量。這種系統得到了廣泛的運用，其
主要是因為這種系統排放瓦斯量大、安全可靠性高而
用風量少。
在離戊一19 170風巷平距外錯6 m的地方，沿戊
煤層頂板，平行于風巷方向，施工一條專用瓦斯抽采
巷，共46個聯絡巷，每隔20 m同風巷都做一個回風
聯絡巷，其U+L通風方式是”一進兩回”形式的。尾
巷采用錨網支護，凈斷面5．9 m，全長916 m。為了
徹底解決了回風流瓦斯超限和上隅角瓦斯積聚的問題，
保證了瓦斯的綜合利用，就需要采用U+L通風方式，
這樣才能提高工作面產量，解放生產力，實現高效、安
全生產，JItJ'b，還可以做到了瓦斯與煤共采[51。
4．2頂板高位鉆孔抽放裂隙帶瓦斯
在風巷內向煤層頂板施工的鉆孔就是所謂的頂板
高位鉆孔，頂板高位鉆孔瓦斯抽放主要是根據瓦斯流
動規律和煤層瓦斯地質條件設計的，這種方法還可以
稱作頂板裂隙帶抽放，它不僅可以抽放上隅角涌出的
瓦斯和工作面上覆巖層，通過工作面動壓力形成的頂
板裂隙作為通道，而且還可以使上鄰近層瓦斯涌向工
作面的可能性大大地減小，此外，還能使采空區瓦斯
流向分布得到改變，拉動采空區下部的瓦斯，能使由
于采空區瓦斯大量涌出造成的回風瓦斯超限及工作面
上隅角的問題從根本上解決，從而提高采面生產能
力，保證采煤工作面安全作業。
戊一19 170上隅角瓦斯積聚現象比較嚴重，其采
面回風巷瓦斯濃度也比較高，因此，采用增加風量這
一單一的方法不能從根本上的解決問題，于是就需要
采用頂板高位鉆孔抽放瓦斯的方案，頂板高位水平走
向鉆孔抽放示意圖如上圖l所示。當戊一19 170工作
面的回采開始了，其頂板高位鉆孔抽放也就開始了，
如果戊一19 170工作面的回采結束了，那么頂板高位
鉆孔抽放也就結束了，要抽出68×104 m左右的瓦斯
量，其抽放時間大概需要一年，經過一年的抽放，就
能降低上隅角瓦斯濃度。
4．3專用瓦斯抽采巷埋管+封堵抽采技術
運輸巷
：。0，一??一一?一一一一
魏l一
：≯、． ≥．t√}；f—j，采面；墮堂楚墅簍
露-r-婪i喜羹蠢墓．二二，』≥囊裂J
回風巷
圖1 頂板高位水平走向鉆孔抽放示意圖
在通風井巷中，根據流體力學理論分析，其風流
一般都是從風壓大處流向風壓小處，其風流流動的動
力就是風壓差克服通風阻力的大小。由于采空區和專
用瓦斯抽采巷連通，滯后工作面，這樣就有利于采空
區高濃度瓦斯沿專用瓦斯抽采巷；提前在專用瓦斯抽
采巷內預埋瓦斯抽放花眼管，并對專用瓦斯抽采巷采
空區與連通的聯絡川涌出的高瓦斯濃度進行封堵抽
采，就是專用瓦斯抽采巷埋管+封堵抽采技術。為了
抑制高瓦斯綜采工作面采空區瓦斯向采面上隅角和風
巷涌出，就需要通過調節專用瓦斯抽采巷與風巷的過
風壓及風量，使采空區瓦斯向專用瓦斯抽采巷方向運
移，高濃度瓦斯與采空區漏風流充分混合之后80％以
上瓦斯涌出量由專用瓦斯抽采巷排出，容易造成專用
瓦斯抽采巷內瓦斯濃度超過2．5％，影響生產。專用瓦
斯抽采巷埋管+封堵抽采技術要求是：在專用瓦斯抽
(下轉44頁)
·27·
萬方數據
2013年第6期鈺；夏與辛釷2013年6月
系統的不斷改進，除用水需用汽油發電機發電外，其
它基本靠太陽能和風能供電系統能保證正常用電了。
經過改進后的供電系統，總造價不足5 X 104元，而使
用市電要化費20×104元用于架線和設置變壓器。日
常損耗方面太陽能系統幾乎沒有任何損耗，只有抽水
泵需要消耗一些汽油，每月支出在300元左右。如果
再投資購進太陽能抽水設備，每月支出會更少。而接
通市電，僅變壓器損耗和線路損耗每月就要支出平均
500元，算上用電支出每月要在800元左右。
另外，我們發現：改進后的新型低壓照明燈具，
其實際使用成本比普能節能燈要低出三倍左右，并且
在同等亮度下其耗電只有普通節能燈的三分之一。在
使用時由于不需要中間升壓電器，加之自身耗電量很
低，用在太陽能照明電路中其耗電量極低，可以大大
節能，實驗對比結果如表1所示：
表1 供電系統改造前后的能耗情況對比表
內容原有供電系統改進后供電系統
一次充電蓄電量1 000 W 1 000 W
逆變器損耗400 W O
燈光損電25 W 6 W
總耗電425 W 6 W
持續時間(h) 2．3 h 167 h
5結語
隨著國家能源產業政策的變化，中國能源結構正
向節約型可再生能源發展，風能、太陽能將在未來成
為主要能源。和風能、太陽能配套的用電設備也將得
以大量推廣。在黃河沿線有許多偏遠的管理班，遠離
村莊，用電困難。而架設市電，投資較大，后期維護
起來也較為不便。而發展太陽能和風能是解決用電問
題的較好辦法。既節省成本，又節約耗能，同時又為
其日常工作和生活提供便利。
參考文獻：
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(責任編輯：劉倩倩)
o●o●o●o●·》●o●OOo●·》●o●oOo●o●o●o●．c-●o●o●o●<>●o●o●o●Omo●o●o●o●o●<>·o●o●o●o●o●o●o●o●◇●o●<>●o●o●··：：>·o●OO<>●OO
(上接27頁)
采巷內預埋中300 mm螺旋抽放管，每一個回風聯絡
川I以里(采空區方向)預留一個三通，如果回風聯絡
川推過1 In～3 m時，那么救護隊員就需要打開三
通，專用瓦斯抽采巷進行垛墻封閉需要用編制袋裝
煤[61，即可利用預留抽放管路抽取高濃度瓦斯進行發
電，又可阻止尾巷高濃度瓦斯外涌，純流量14 m3／min
以上，混合流量180 m／min以上，抽放濃度可達到
8％～10％，不但緩解了高濃度瓦斯沿專用瓦斯抽采巷
涌出造成采面斷電對生產的影響，而且還為四礦瓦斯
發電提供了穩定、充足的氣源。
5結語
保護層開采是區域防突最有效、最經濟的措施，
也是實現煤礦安全生產的根本保證，但保護層開采存
在諸多難點，其中最為突出的難題就是保護層開采后
大量被保護層(一層或幾層煤)瓦斯通過煤巖層裂隙
·44·
涌入保護層，給保護層回采工作面帶來巨大的瓦斯防
治壓力。
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