保护层开采讲座投影(刘 林)

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1、2003年瓦斯所技术研讨一、开采保护层防治煤与瓦斯突出二、高瓦斯回采工作面瓦斯综合治理报告人：刘林第一篇：开采保护层防治煤与瓦斯突出技术提纲一、开采保护层的基本理论二、开采保护层瓦斯综合治理三、开采保护层的实践与经验四、发展方向开采保护层防治煤与瓦斯突出技术一、开采保护层的基本理论1、保护层采动作用的基本规律；2、开采保护层防治煤与瓦斯突出机理；3、保护效果及保护参数考察；4、开采保护层应注意的问题。一、开采保护层基本理论1、保护层采动作用的基本规律（1）什么是保护层开采？所谓保护层，通常是指在煤层群开采中，某部分煤层具有煤与瓦斯突出或冲击地压等动

2、力显现特点，而另一部分煤层不具有这种动力显现特点或动力显现特点不明显，这时，根据赋存关系，选择某一层不具有动力显现特点或动力显现特点不明显的煤层先行开采，而具有动力显现特点的煤层在其邻近层开采后再开采。先行开采的煤层称为保护层，后开采的煤层称为被保护层，保护层位于被保护层上方的称为上保护层，反之称为下保护层。一、开采保护层基本理论1、保护层采动作用的基本规律（2）保护层开采后顶、底板煤岩体中应力重新分布规律保护层开采后，周围的煤岩层向采空区移动，采空区上方岩体冒落并形成自然冒落拱，采空区下方岩体向采空区膨胀形成裂隙,使得采空区上下方煤岩体产生应力、透气

3、性、瓦斯压力、位移等变化。研究顶底板岩体在保护层开采以后应力重新分布的规律，对于了解顶底板变形和破坏特征，确定被保护层的卸压范围具有十分重要的意义。下面以上保护层开采后底板煤岩体中应力的重新分布规律为例进行开采保护层理论研究情况介绍。一、开采保护层基本理论1、保护层采动作用的基本规律（3）上保护层开采后底板煤岩体中应力重新分布规律a、将煤层开采以后底板岩体视为层状岩层组成的半无限体，集中载荷P作用在半无限体的平面上，对平面下方任何一点M将发生影响，如图1所示。底板岩体内M点处受到的垂直应力Z可用下式和图1表示：Z=KP/h2，其中K=（3/2）

4、▪1/1+r/h25/2PHMr一、开采保护层基本理论1、保护层采动作用的基本规律b、在上述数学模型基础上，采用有限元模拟计算对上保护层开采后底板岩体中沿走向、倾斜方向垂直应力Z进行计算，可得出沿走向和倾向垂直应力Z等值曲线分布图。利用沿走向垂直应力Z等值分布曲线可得走向卸压角以及保护层与被保护层的有效开采垂距。下面以假设条件开采深度800m，上覆岩层容重2.5t/m3为例进行数字计算，其结果如下图2所示。一、开采保护层基本理论1、保护层采动作用的基本规律c、沿倾向垂直应力Z等值曲线分布如图3，卸压区（图中等应力线小于1的范围）倾斜

5、上方卸压角为78、倾斜下方卸压角为79。需要注意的是此卸压范围并不是底板岩层中被保护煤层的有效保护范围，有效保护范围只能位于其中，但要小于该卸压范围。一、开采保护层基本理论1、保护层采动作用的基本规律d、上保护层开采后，在工作面后方的卸压范围内被保护煤层仅在卸压保护带内才消除了煤与瓦斯突出危险。图4为鱼田堡煤矿开采上保护层3#煤层后被保护层4#煤层参数变化情况。由图4可看出，被保护层参数的变化可大致划分为4个带，即：正常应力带、集中应力带、保护卸压带和应力恢复带。保护层开采后，被保护层的应力变形状态、煤结构和瓦斯动力参数发生显著变化，从发生变化的时

6、间看，卸压作用是最先出现的，有些卸压过程甚至在保护层工作面前方10～20m处开始，一般在工作面后方，当膨胀变形速度加快时，瓦斯动力参数才发生显著变化。保护层防治煤和瓦斯突出的原理可用框图5表示。应力降低,煤层卸压激发突出的作用减少透气性增加瓦斯压力梯度降低消除(或降低)煤与瓦瓦斯排放发展突出的瓦斯作用减少斯突出危险煤体强度增高煤体抵抗破坏能力增加图5保护层防治煤与瓦斯突出原理框图一、开采保护层基本理论2、开采保护层防治煤与瓦斯突出作用机理一、开采保护层基本理论3、保护效果及保护参数考察(1)保护层的有效保护层间距保护层的保护作用随层间距的增大而减小，达

7、到某一临界距离时，保护作用已不明显，该临界距离称之为有效层间距。我国根据大量试验资料统计分析认为，在采深小于550m，回采面长度小于120m条件下，保护层的有效保护层间垂距为：急倾斜煤层上保护层60m，下保护层80m，缓倾斜和倾斜煤层上保护层50m，下保护层100m。选择保护层时应根据保护层厚度、顶板管理方法，回采工作面长度和开采深度等因素确定有效垂距。一、开采保护层基本理论3、被保护层有效保护范围确定(2)保护层沿走向的合理超前距七十年代前苏联的研究认为：以被保护层变形值等于最大膨胀变形值80%为标准，则上保护层超前于被保护层不应小于1倍层间距，下保

8、护层超前于被保护层不应小于0.6倍层间距。我国部分矿井的试验也证实了上述的结论。考虑到瓦斯排放