恒大煤礦2266 綜放工作面下保護層開采效果研究

耿輝

（阜新礦業（集團） 有限責任公司 恒大煤礦，遼寧 阜新 123000）

保護層開采是防治煤與瓦斯突出最有效、最經濟的措施[1-4]，保護層開采后圍巖及煤層向采空區方向發生位移，并引起應力重新分布，使得采空區上下方煤巖體的應力降低，原有裂隙逐漸擴大，進而導致煤巖體滲透能力和透氣性增加，提高瓦斯解吸能力和排放強度[5-7]，從而使被保護層卸壓、瓦斯壓力和瓦斯含量下降，最終達到突出危險性降低或消除的目的。

1 概 況

1.1 2266 工作面概況

阜新礦業（集團） 有限責任公司恒大煤礦2266 工作面開采煤層為孫家灣煤層，周圍采面均已開采，該工作面開采孫家灣層煤柱區，圈定的開采面積為480×100=48 000 m2，煤層平均厚度為10 m，工作面長度100 m，圈定地質儲量為66.7 萬t，可采儲量為61 萬t，工作面呈仰斜開采，傾角1°，工作面傾角11°，孫家灣煤層與太下煤層間距為80~120 m。

孫家灣煤層頂板0.5~0.9 m 為粉砂巖，其上部為孫家灣1-1 煤層，厚度0.2 ~0.3 m，上部有0.6~1.2 m 的粉砂巖、頁巖，再向上有0.1 ~0.2 m 薄煤層。老頂以粉砂巖和細砂巖為主，有薄層中砂巖和砂礫巖。孫家灣煤層底部18~23 m 為細砂巖和中砂巖、礫巖組成，其下為孫下1 煤層，厚度0~1.0 m。孫下1 煤層底部11 ~ 14 m 以細砂巖為主，中間夾有礫巖。其下為孫下2 煤層，厚度0 ~ 1.6 m。孫1、2 煤層賦存不穩定，在2266 采終線東北側80 m 煤層尖滅。

1.2 工作面范圍與鄰區及地表的關系

2266 工作面位于125 采區北側（原121 采區內）。其北側為2112 采空區，南側2114 采空區，西側為井田境界線，東側為2118 采空區。地表有水塘及養殖大棚和大棚住宅，其他為農田，地表標高在+153—+177 m。

1.3 區域內煤巖層產狀和地質構造

該工作面巷道在孫下1 煤層與孫家灣煤層中間巖石穿層施工至孫家灣煤層后，沿孫家灣煤層施工運輸順槽及回風順槽，孫家灣煤層產狀，走向N13°W，傾向SE 傾角8°~11°，根據2266 工作面掘進期間實踐，工作面內無地質構，如圖1所示。

圖1 2266 工作面平面Fig.1 The plane of No.2266 Face

1.4 鄰近工作面煤層厚度、結構及其變化規律

根據已回采2112、2113、2114 工作面揭露煤層實見點參數分析，孫家灣煤層由孫家灣1 層和孫家灣2 層構成，孫家灣1 煤層厚3.0~5.0 m，孫家灣2 煤層厚4.5~6.4 m，分組夾石厚度0.1~1.7 m，巖性為粉砂巖、泥質粉砂巖、泥巖為主。其下覆為開采153 采區太下煤層5331 綜采工作面、5331 下覆綜放工作面、5333 綜采工作面、5333 下覆綜放工作面及5368 綜放工作面，太下煤層平均采厚為15 m。鄰近工作面與2266 工作面屬向斜構造一翼，煤層坡度與臨近工作面大致一樣（工作面坡度10°） 工作面兩順呈近水平布置。

1.5 工作面煤層下沉分析結果

1.5.1 2266 運輸順槽下沉預計

2266 工作面與2112 工作面、2113 工作面、2114 工作面是開采同一煤層（孫家灣煤層），通過2266 運順工作面揭煤后實測巷道煤層底板標高與2113 運輸順槽、2114 回風順槽巷道煤層底板標高相比較，按2113 運輸順槽巷道煤層底板標高與2114 回風順槽巷道煤層底板標高推算2266 運輸順槽預計巷道煤層底板標高與現巷道實際測量煤層底板標高比較后推算下沉值為6.2~8.3 m。

1.5.2 2266 回風順槽下沉預計

通過2266 回順工作面揭煤后實測巷道煤層底板標高與2112 運輸順槽、2113 回風順槽巷道煤層底板標高相比較，按2112 運輸順槽巷道煤層底板標高與2113 回風順槽巷道煤層底板標高推算2266回風順槽預計巷道煤層底板標高與現巷道實際測量煤層底板標高比較后推算下沉值為8.2~10.2 m[8-10]，如圖2 所示。

圖2 2266 工作面順槽剖面圖Fig.2 The cross section diagram of No.2266 Face

2 工作面瓦斯參數測定

工作面瓦斯參數測定的方法，嚴格按照《防治煤與瓦斯突出細則》和《煤礦瓦斯抽采達標暫行規定》的要求執行，主要測定煤層瓦斯壓力和瓦斯含量等參數[11]。

2.1 煤層瓦斯壓力測定

在125 集中皮帶道布置2 個瓦斯壓力測定點，125 探查道處布置2 個瓦斯壓力測定點，2266 運順巷道布置2 個瓦斯壓力測點、2266 回順巷道布置2 個瓦斯壓力測點，鉆孔施工地點及采樣地點見表1。

表1 鉆孔施工地點及采樣地點Table 1 Drilling construction site and sampling site

2.2 煤層瓦斯壓力測定結果

在完成封孔工作24 h 后，水泥混合漿固化達到一定強度后進行測定工作，在測壓管端頭裝上球閥，安裝壓力表。觀察壓力值，當壓力表量程不夠時，關閉壓力表接頭上的球閥，更換量程大的壓力表。當壓力變化在3 d 內小于0.015 MPa 時，測壓工作即可結束，否則應延長測壓時間。瓦斯壓力上升曲線如圖3～圖6 所示，瓦斯壓力測定結果見表2。

表2 瓦斯壓力測定結果Table 2 Gas pressure measurement results

圖3 125 集中皮帶道測點瓦斯壓力變化曲線圖Fig.3 Gas pressure change curve of 125 centralized belt road measuring point

圖4 2266 回順測點瓦斯壓力變化曲線圖Fig.4 Gas pressure change curve of 2266 measuring point along the line

圖5 2266 運順測點瓦斯壓力變化曲線圖Fig.5 Gas pressure change curve of 2266 downwind transportation roadway measuring point

圖6 125 探查道測點瓦斯壓力變化曲線圖Fig.6 Gas pressure change curve of 125 exploration roadway measuring point

2.3 煤層瓦斯含量測定

此煤層瓦斯含量采用直接法測定，即利用鉆孔采集煤樣，用解吸法直接測定煤樣瓦斯含量。此次共施工4 個瓦斯含量取樣鉆孔，分別在125 探查道、125 集中皮帶道、2266 回順、2266 運順取煤樣進行瓦斯含量測定。

根據現場和實驗室測定數據，經計算，125 采區孫家灣煤層2266 采面瓦斯含量測定結果見表3。

表3 瓦斯含量測定結果Table 3 Gas content determination results

3 保護效果評價

開采保護層是我國當前主要采用區域性防突技術措施之一，保護層開采后，通過測定被保護范圍內和實體區域內瓦斯參數并進行對比，論證太下煤層對孫家灣煤層的保護效果。

3.1 太下煤層開采后對孫家灣煤層保護效果分析

根據保護層開采機理可知，保護層的保護作用主要是由于保護層開采后，巖體中形成自由空間，破壞了原巖應力的作用，地應力重新分布。巖體向采空區方向移動，被保護層發生卸壓、膨脹，同時產生大小不同的層間裂隙，煤層透氣性增強。被保護層瓦斯一部分會通過垂直或斜交裂隙運移到其他巖層中，同時通過卸壓瓦斯抽放，可以使被保護層煤層瓦斯含量減小和瓦斯壓力下降，這樣使瓦斯潛能降低，現場實際測定被保護區域和實體區域的殘余瓦斯壓力小于原始瓦斯壓力即充分說明了這一點。通過2266 運順工作面實測巷道煤層底板標高推算下沉值為6.2~8.3 m，2266 回順工作面實測巷道煤層底板標高推算下沉值為8.2~10.2 m，平均下沉值為8.2 m，下沉量較大。

其次實測孫家灣煤層2266 工作面區域內實體煤層最大相對瓦斯壓力為0.42 MPa，最大瓦斯含量為4.9 m3/t。從受太下煤層5331 綜采工作面、5331下覆綜放工作面、5333 綜采工作面、5333 下覆綜放工作面及5368 綜放工作面采動后保護范圍之內的2266 工作面瓦斯壓力和瓦斯含量數值較小，實測瓦斯壓力為0.13 MPa，瓦斯含量為1.74 m3/t，兩者對比，差距非常明顯，證明太下煤層開采后對上部孫家灣煤層的瓦斯壓力釋放作用非常明顯。

3.2 2266 工作面回采期間瓦斯涌出量

2266 工作面于2022 年2 月末開始回采，至5月中旬末已回采125.6 m，工作面風量1 101 m3/min，回風流瓦斯濃度0.1%~0.27%，采用上隅角尾巷和高位瓦斯抽采巷聯合抽采方式，通過3月—5 月份工作面瓦斯涌出量可以看出，高位瓦斯抽采巷抽采濃度較小，通過2266 工作面瓦斯涌出量變化曲線可以看出，工作面瓦斯涌出量為2 ~4.33 m3/min，抽采量最大為2.1 m3/min，瓦斯涌出量較小，說明工作面瓦斯已得到了充分的釋放（圖7）。

圖7 2266 工作面瓦斯涌出量變化曲線圖Fig.7 Gas emission change curve diagram of No.2266 Face

4 結 語

恒大煤礦系高瓦斯、突出礦井，開采保護層是最有效的瓦斯治理措施，按照《防治煤與瓦斯突出細則》規定，下保護層與被保護層之間的最大保護垂距為100 m。雖然2266 綜放工作面與太下煤層最大間距已達到120 m，但是通過此次下保護層開采與被保護層保護作用與效果研究，實測平均下沉值為8.2 m，太下煤層作為保護層開采對孫家灣煤層的瓦斯壓力釋放非常明顯，起到了有效卸壓保護作用，消除了煤與瓦斯突出的可能性，2266綜放工作面在掘進和回采過程中，未發生瓦斯超限現象，保護效果顯著。