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遠(yuǎn)程保護(hù)層開(kāi)采綜合治理技術(shù)

文檔作者：王京明文檔來(lái)源：陽(yáng)泉煤業(yè)集團(tuán)翼城華泓煤業(yè)公		點(diǎn) 擊數(shù)：	更新時(shí)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(yuǎn)程保護(hù)層開(kāi)采綜合治理技術(shù)
王京明
(陽(yáng)泉煤業(yè)集團(tuán)翼城華泓煤業(yè)公司，山西陽(yáng)泉045000)
摘要： 分析了保護(hù)層開(kāi)采的機(jī)理，指出了保護(hù)層開(kāi)采的必要性及可行性；提出了遠(yuǎn)程保護(hù)層開(kāi)采“三位一體”的立
體綜合治理新模式，實(shí)現(xiàn)安全、高效、高產(chǎn)的目的。
關(guān)鍵詞：遠(yuǎn)程保護(hù)層開(kāi)采；防突機(jī)理；可行性；三位一體；綜合治理
中圖分類號(hào)：TD82 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼： A 文章編號(hào)： 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(yè)的不斷發(fā)展，其煤礦的需要越來(lái)越大。
因此，煤礦的開(kāi)采深度在不斷地增加，開(kāi)采規(guī)模也在
不斷地?cái)U(kuò)大，在煤礦進(jìn)行開(kāi)挖過(guò)程中，必須要注意安
全生產(chǎn)。目前，瓦斯與煤存在的最主要問(wèn)題就是煤礦
安全生產(chǎn)問(wèn)題。為了有效、經(jīng)濟(jì)、安全地防治瓦斯與
煤突出事故，保證工作人員在煤礦開(kāi)挖過(guò)程中的人生
安全，就需要專家學(xué)者進(jìn)行深入地研究，提出科學(xué)合
理的有效的防治措施，預(yù)防和減少瓦斯與煤存在的安
全問(wèn)題。目前大量的實(shí)驗(yàn)已證明防治煤礦突出危險(xiǎn)的
有效方法保護(hù)層開(kāi)采技術(shù)，且還用相應(yīng)的法律法規(guī)進(jìn)
行了確立，這種技術(shù)目前在國(guó)內(nèi)外已被廣泛的應(yīng)用到
實(shí)際工程中。
1工程概況
陽(yáng)泉集團(tuán)陽(yáng)泉煤礦是一座現(xiàn)代化礦井，瓦斯壓力
和煤層瓦斯含量隨著礦井開(kāi)采深度延伸而不斷加大，
其礦井存在的危險(xiǎn)的可能性也在不斷增加。礦井的高
效高產(chǎn)建設(shè)和安全生產(chǎn)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(qū)和丁九采區(qū)，戊
收稿日期：2013-05-02
作者簡(jiǎn)介：王京明，1975年生，男，山西昔陽(yáng)人，1997年畢業(yè)于
中國(guó)礦業(yè)大學(xué)采礦工程專業(yè)，采礦工程師。
·26·
九采區(qū)的綜采面在回采過(guò)程中瓦斯影響生產(chǎn)問(wèn)題是非
常嚴(yán)重；丁九采區(qū)中的丁5、6煤層是突出煤層，在
掘進(jìn)巷道時(shí)，煤炮、夾鉆、頂鉆等動(dòng)力現(xiàn)象比較明
顯，巷道掘進(jìn)施工進(jìn)度將受到嚴(yán)重的影響。
由于丁九采區(qū)的丁5、6煤層是突出煤層，因此，
在沒(méi)有組內(nèi)近距離保護(hù)層還是可以進(jìn)行開(kāi)采的。為了
實(shí)現(xiàn)高效、高產(chǎn)、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(chǎn)計(jì)劃
要求和該工程公司區(qū)域瓦斯治理指導(dǎo)思想作為開(kāi)挖的
標(biāo)準(zhǔn)，在戊8煤層進(jìn)行開(kāi)采時(shí)需要對(duì)其上部丁5、6
煤層形成卸壓保護(hù)。
2保護(hù)層開(kāi)采理論
保護(hù)層先開(kāi)采后，在其上下煤層發(fā)生變形和位
移，地應(yīng)力減小，透氣性增加，突出煤層地應(yīng)力下
降。再通過(guò)被保護(hù)層的卸壓瓦斯強(qiáng)化抽采，煤層瓦斯
壓力和含量下降。上部被保護(hù)層相對(duì)變形量可達(dá)2％，
透氣性系數(shù)增加2 000倍～3 000倍。下部被保護(hù)層
相對(duì)位移膨脹可達(dá)0．4％，透氣性系數(shù)增加幾百至一千
倍。保護(hù)范圍內(nèi)煤層抽采率可達(dá)50％以上，壓力降至
0．6 MPa以下，含量下降60％，堅(jiān)固性系數(shù)提高48％
，100％，從而使保護(hù)范圍內(nèi)的煤層喪失突出危險(xiǎn)性，
采掘時(shí)瓦斯涌出量大大減少【l，21。
萬(wàn)方數(shù)據(jù)
2013年第6期王京明：遠(yuǎn)程保護(hù)層開(kāi)采綜合治理技術(shù)2013年6月
3保護(hù)層開(kāi)采可行性分析
保護(hù)層開(kāi)采范圍需要按照《防治煤與瓦斯突出規(guī)
定》的相關(guān)要求進(jìn)行確定：保護(hù)層開(kāi)采時(shí)，上部不被
破壞時(shí)其保護(hù)層的最小層間距離應(yīng)照下列公式(1)或(2)
式來(lái)確定：
a<600時(shí)，H=KMcosa， (1)
a>，60。時(shí)，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(shù)。冒落法管理頂板取10；
充填法管理頂板取6；M為保護(hù)層的開(kāi)采厚度，m。
該工程中的戊一19170工作面的or=9．1 o，根據(jù)上
述可知，其保護(hù)層最小保護(hù)層間距應(yīng)按照式(1)進(jìn)
行計(jì)算。
4開(kāi)采保護(hù)層綜合治理措施研究
治理瓦斯的措施主要有3種：通風(fēng)方式和瓦斯抽
放相結(jié)合的綜合方式，瓦斯抽放，通風(fēng)嗍。這些措施
的主要作用是：a)使高濃度瓦斯隔離出來(lái)。為了達(dá)
到安全生產(chǎn)的目的，需要根據(jù)遠(yuǎn)程保護(hù)層開(kāi)采卸壓瓦
斯時(shí)空運(yùn)移規(guī)律研究結(jié)果提出遠(yuǎn)程保護(hù)層開(kāi)采卸壓瓦
斯治理的新模式：即U+L型通風(fēng)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(qū)瓦斯
涌出量減少；c)為了使瓦斯涌出均勻化，改變工作
面風(fēng)流的流動(dòng)方向。
4．1 U+L型通風(fēng)方式
這種方式主要是針對(duì)上隅角瓦斯頻繁超限的情況
實(shí)施的方式，其遠(yuǎn)程保護(hù)層開(kāi)采卸壓瓦斯技術(shù)治理主
要是通過(guò)改變工作面通風(fēng)方式。U+L型通風(fēng)系統(tǒng)不僅
僅可以大大改善u型工作面上隅角瓦斯超限問(wèn)題，減
少工作面上隅角的瓦斯涌出，其主要是因?yàn)橥咚節(jié)舛?
分布的改變，其風(fēng)流壓差的作用下采空區(qū)的相當(dāng)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(fēng)排瓦斯量。這種系統(tǒng)得到了廣泛的運(yùn)用，其
主要是因?yàn)檫@種系統(tǒng)排放瓦斯量大、安全可靠性高而
用風(fēng)量少。
在離戊一19 170風(fēng)巷平距外錯(cuò)6 m的地方，沿戊
煤層頂板，平行于風(fēng)巷方向，施工一條專用瓦斯抽采
巷，共46個(gè)聯(lián)絡(luò)巷，每隔20 m同風(fēng)巷都做一個(gè)回風(fēng)
聯(lián)絡(luò)巷，其U+L通風(fēng)方式是”一進(jìn)兩回”形式的。尾
巷采用錨網(wǎng)支護(hù)，凈斷面5．9 m，全長(zhǎng)916 m。為了
徹底解決了回風(fēng)流瓦斯超限和上隅角瓦斯積聚的問(wèn)題，
保證了瓦斯的綜合利用，就需要采用U+L通風(fēng)方式，
這樣才能提高工作面產(chǎn)量，解放生產(chǎn)力，實(shí)現(xiàn)高效、安
全生產(chǎn)，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(fēng)巷內(nèi)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(jù)瓦斯流
動(dòng)規(guī)律和煤層瓦斯地質(zhì)條件設(shè)計(jì)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(guò)工作面動(dòng)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(qū)瓦斯
流向分布得到改變，拉動(dòng)采空區(qū)下部的瓦斯，能使由
于采空區(qū)瓦斯大量涌出造成的回風(fēng)瓦斯超限及工作面
上隅角的問(wèn)題從根本上解決，從而提高采面生產(chǎn)能
力，保證采煤工作面安全作業(yè)。
戊一19 170上隅角瓦斯積聚現(xiàn)象比較嚴(yán)重，其采
面回風(fēng)巷瓦斯?jié)舛纫脖容^高，因此，采用增加風(fēng)量這
一單一的方法不能從根本上的解決問(wèn)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(dāng)戊一19 170工作
面的回采開(kāi)始了，其頂板高位鉆孔抽放也就開(kāi)始了，
如果戊一19 170工作面的回采結(jié)束了，那么頂板高位
鉆孔抽放也就結(jié)束了，要抽出68×104 m左右的瓦斯
量，其抽放時(shí)間大概需要一年，經(jīng)過(guò)一年的抽放，就
能降低上隅角瓦斯?jié)舛取?
4．3專用瓦斯抽采巷埋管+封堵抽采技術(shù)
運(yùn)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(fēng)巷
圖1 頂板高位水平走向鉆孔抽放示意圖
在通風(fēng)井巷中，根據(jù)流體力學(xué)理論分析，其風(fēng)流
一般都是從風(fēng)壓大處流向風(fēng)壓小處，其風(fēng)流流動(dòng)的動(dòng)
力就是風(fēng)壓差克服通風(fēng)阻力的大小。由于采空區(qū)和專
用瓦斯抽采巷連通，滯后工作面，這樣就有利于采空
區(qū)高濃度瓦斯沿專用瓦斯抽采巷；提前在專用瓦斯抽
采巷內(nèi)預(yù)埋瓦斯抽放花眼管，并對(duì)專用瓦斯抽采巷采
空區(qū)與連通的聯(lián)絡(luò)川涌出的高瓦斯?jié)舛冗M(jìn)行封堵抽
采，就是專用瓦斯抽采巷埋管+封堵抽采技術(shù)。為了
抑制高瓦斯綜采工作面采空區(qū)瓦斯向采面上隅角和風(fēng)
巷涌出，就需要通過(guò)調(diào)節(jié)專用瓦斯抽采巷與風(fēng)巷的過(guò)
風(fēng)壓及風(fēng)量，使采空區(qū)瓦斯向?qū)Ｓ猛咚钩椴上锓较蜻\(yùn)
移，高濃度瓦斯與采空區(qū)漏風(fēng)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(nèi)瓦斯?jié)舛瘸^(guò)2．5％，影響生產(chǎn)。專用瓦
斯抽采巷埋管+封堵抽采技術(shù)要求是：在專用瓦斯抽
(下轉(zhuǎn)44頁(yè))
·27·
萬(wàn)方數(shù)據(jù)
2013年第6期鈺；夏與辛釷2013年6月
系統(tǒng)的不斷改進(jìn)，除用水需用汽油發(fā)電機(jī)發(fā)電外，其
它基本靠太陽(yáng)能和風(fēng)能供電系統(tǒng)能保證正常用電了。
經(jīng)過(guò)改進(jìn)后的供電系統(tǒng)，總造價(jià)不足5 X 104元，而使
用市電要化費(fèi)20×104元用于架線和設(shè)置變壓器。日
常損耗方面太陽(yáng)能系統(tǒng)幾乎沒(méi)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(gòu)進(jìn)太陽(yáng)能抽水設(shè)備，每月支出會(huì)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(fā)現(xiàn)：改進(jìn)后的新型低壓照明燈具，
其實(shí)際使用成本比普能節(jié)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(jié)能燈的三分之一。在
使用時(shí)由于不需要中間升壓電器，加之自身耗電量很
低，用在太陽(yáng)能照明電路中其耗電量極低，可以大大
節(jié)能，實(shí)驗(yàn)對(duì)比結(jié)果如表1所示：
表1 供電系統(tǒng)改造前后的能耗情況對(duì)比表
內(nèi)容原有供電系統(tǒng)改進(jìn)后供電系統(tǒng)
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(xù)時(shí)間(h) 2．3 h 167 h
5結(jié)語(yǔ)
隨著國(guó)家能源產(chǎn)業(yè)政策的變化，中國(guó)能源結(jié)構(gòu)正
向節(jié)約型可再生能源發(fā)展，風(fēng)能、太陽(yáng)能將在未來(lái)成
為主要能源。和風(fēng)能、太陽(yáng)能配套的用電設(shè)備也將得
以大量推廣。在黃河沿線有許多偏遠(yuǎn)的管理班，遠(yuǎn)離
村莊，用電困難。而架設(shè)市電，投資較大，后期維護(hù)
起來(lái)也較為不便。而發(fā)展太陽(yáng)能和風(fēng)能是解決用電問(wèn)
題的較好辦法。既節(jié)省成本，又節(jié)約耗能，同時(shí)又為
其日常工作和生活提供便利。
參考文獻(xiàn)：
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技術(shù)，2008，25(6)：38—39．
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電出版社．2001．
(責(zé)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(yè))
采巷內(nèi)預(yù)埋中300 mm螺旋抽放管，每一個(gè)回風(fēng)聯(lián)絡(luò)
川I以里(采空區(qū)方向)預(yù)留一個(gè)三通，如果回風(fēng)聯(lián)絡(luò)
川推過(guò)1 In～3 m時(shí)，那么救護(hù)隊(duì)員就需要打開(kāi)三
通，專用瓦斯抽采巷進(jìn)行垛墻封閉需要用編制袋裝
煤[61，即可利用預(yù)留抽放管路抽取高濃度瓦斯進(jìn)行發(fā)
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(dá)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(duì)生產(chǎn)的影響，而且還為四礦瓦斯
發(fā)電提供了穩(wěn)定、充足的氣源。
5結(jié)語(yǔ)
保護(hù)層開(kāi)采是區(qū)域防突最有效、最經(jīng)濟(jì)的措施，
也是實(shí)現(xiàn)煤礦安全生產(chǎn)的根本保證，但保護(hù)層開(kāi)采存
在諸多難點(diǎn)，其中最為突出的難題就是保護(hù)層開(kāi)采后
大量被保護(hù)層(一層或幾層煤)瓦斯通過(guò)煤巖層裂隙
·44·
涌入保護(hù)層，給保護(hù)層回采工作面帶來(lái)巨大的瓦斯防
治壓力。
參考文獻(xiàn)：
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