水城矿区区域防突技术研究初步总结

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1、1、前言水城矿区是我国十分重要的大型煤炭能源基地。矿区交通较为方便，有贵（贵阳）昆（昆明）、水（水城）柏（柏果）、内（内江）昆（昆明）铁路横贯矿区，区内还有水（水城）大（大湾）支线。贵州水城矿业（集团）有限责任公司（以下简称水城矿业公司）由原国有统配煤矿水城矿务局改制而成，主营煤炭开采，现辖汪家寨煤矿、那罗寨煤矿、大河边煤矿、大湾煤矿、木冲沟煤矿五对生产矿井及所管理的鑫源公司老鹰山井和红旗井，并控股在建设计能力为3000kt/a的贵州中岭矿业有限责任公司。水城矿业公司设计生产能力6400kt/a，2005年由贵州省煤炭工业局核

2、定生产能力为7360kt/a（未含中岭）。2004年公司实际生产原煤5327.8kt。水城矿区位于贵州省西部，云贵高原东麓，地处六盘水市钟山区、水城县和毕节地区纳雍县、威宁县境内。地理座标为：东经：104°34′～105°02′，北纬：26°32′～26°49′，东起纳雍县县城以东12km，西止威宁县金钟区以西3km，东西长110km，南北宽66km，总面积约6800km2。水城矿业公司本部位于矿区中心(六盘水人民政府所在地)，距省城贵阳约249km。矿区煤系地层为上二叠统龙潭组（宣威组）。根据地质构造和开采条件，矿区由西向东

3、依次划分为七个独立的矿井：①木冲沟煤矿，②大湾煤矿，③汪家寨煤矿，④那罗寨煤矿，⑤大河边煤矿，⑥红旗井，⑦老鹰山井。水城矿区可采煤层群赋存稳定，尤其是汪家寨、大湾煤矿，主采煤层厚、倾角小，适宜高产高效集约化开采。但是，随着开采深度的增加，高地应力、高瓦斯压力等危害越来越严重；主采煤层瓦斯含量为15～22m3/t，矿区绝对瓦斯涌出量达到400余m3/min，单个采煤工作面瓦斯涌出量最大达到100～150m3/min，综放工作面瓦斯涌出量一般在40～70m3/min，掘进工作面瓦斯绝对涌出量达到了10m3/min，是全国瓦斯灾害较

4、大的矿区之一，历史上共发生45次“一通三防”事故，造成人员368死亡，仅2000年以来就发生6次重、特大瓦斯爆炸事故；发生煤与瓦斯突出73次，最大突出强度703t/次，平均突出强度115.86t/次左右，并造成过重大人员伤亡，被列为全国重点监控的煤炭企业。因此，瓦斯灾害(含瓦斯爆炸与突出)是矿区实现高效集约化安全开采最重要、最关键的制约因素。水城矿区11＃煤层的瓦斯含量和瓦斯涌出量比较大，煤与瓦斯突出比较严重，即使采取了抽排瓦斯措施，依然发生了3763次煤与瓦斯突出现象，而且突出强度较大，给安全生产带来极大威胁。同时，由于11

5、＃煤层采用综采放顶煤回采工艺，推进速度较快，瓦斯的大量涌入和煤与瓦斯突出灾害的制约，也给矿井正常生产接替造成紧张局面。国内外瓦斯治理经验表明，开采保护层并结合瓦斯抽放是防治突出、冲击地压等动力灾害最经济和最有效的手段之一。水城矿区客观上具有开采保护层的条件，通过开采保护层和预抽瓦斯措施的大面积采用，经过一段时间的采掘部署关系合理调整，从长远角度出发，对矿井安全生产和保证正常接替是必要的。对于开采保护层未达到保护效果的煤层、无保护层开采区域、由于构造等影响留设煤柱区域，必须采用区域预抽瓦斯措施进行防突。考察和确定合理的抽放参数、

6、研究评价防突效果的指标及其标准是十分必要的。因此，在水城矿区选择有代表性的汪家寨、大湾煤矿作为保护层开采和区域性预抽研究，对矿区其它矿井和我国与水城矿区地质开采条件相类似，该研究成果也具有重大借鉴与指导作用。2、保护层开采的基本理论所谓保护层，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

7、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。2.1保护层采动作用的基本规律保护层开采后，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、透气性、瓦斯压力、位移等变化。研究底板岩体在上保护层开采以后应力重新分布的规律，对于了解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。2.1.1上保护层开采以后底板煤岩体中应力的重新分布规律（1）沿走向底板煤岩体中重新应力分布可将煤层开采以后底板岩体视为层

8、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sZ可用下式表示：63sZ=K×P/h2式中：sZ-底板岩体内M点的垂直应力，Mpa；P-集中载荷；h-M点距开采层的距离，m；31K=×2p[1