李棟　黃昌文　任梅青

[摘 要]為了提高東林煤礦保護(hù)層開采卸壓瓦斯抽采率，從地質(zhì)構(gòu)造、煤層特征、瓦斯賦存和方面涌出分析了東林煤礦急傾斜煤層賦存特征，分析得出巖層間巖石性質(zhì)、相對層間距離及保護(hù)作用時(shí)間等因素影響被保護(hù)層瓦斯抽采率。

[關(guān)鍵詞]采礦工程；保護(hù)層開采；卸壓瓦斯；影響因素

中圖分類號：F670 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：1009-914X（2016）19-0153-01

1、礦井基本情況

東林煤礦是我國稀有的優(yōu)質(zhì)主焦煤生產(chǎn)礦井之一。礦井核定生產(chǎn)能力400kt/a，井田走向長度7.5km，采用豎井多水平分采區(qū)開拓。目前開采的水平為+100m至-200m。礦井開采深度大，地質(zhì)構(gòu)造復(fù)雜，涌水量大，瓦斯自然災(zāi)害特別嚴(yán)重，共發(fā)生過突出事故200余次，嚴(yán)重制約礦井安全高效共采。

2、保護(hù)層開采情況

東林煤礦地質(zhì)構(gòu)造復(fù)雜，煤層賦存狀況不穩(wěn)定，屬突出礦井。主采4#和6#煤層，平均傾角65°，埋深440～480m。4#煤層厚度2.5m，6#煤層厚度1.5m，層間距為38m。

由于4#煤層和6#煤層均具有突出危險(xiǎn)性，采用區(qū)域措施防突，首先對6#煤層進(jìn)行網(wǎng)格鉆孔預(yù)抽瓦斯，待其突出危險(xiǎn)性降低后，作為下保護(hù)層開采，4#煤層作為被保護(hù)層滯后開采。

3、急傾斜煤層的賦存特點(diǎn)

3.1 地質(zhì)構(gòu)造

急傾斜煤田在形成以后遭受過比較劇烈的地質(zhì)構(gòu)造運(yùn)動(dòng)。因此，無論是在區(qū)域地質(zhì)構(gòu)造方面還是井田地質(zhì)構(gòu)造方面，都要比緩傾斜和傾斜煤層復(fù)雜。特別是我國西南地區(qū)，急傾斜煤層煤田絕大多數(shù)分布在山前褶皺帶或是斷裂帶附近，且地質(zhì)構(gòu)造更為復(fù)雜，甚至有些出現(xiàn)直立和倒轉(zhuǎn)的現(xiàn)象。

3.2 煤層特征

急傾斜煤層由于受到構(gòu)造運(yùn)動(dòng)的影響，會出現(xiàn)不同程度的揉皺、錯(cuò)動(dòng)甚至破壞，故一般急傾斜煤層節(jié)理發(fā)育，變質(zhì)程度高，開采時(shí)易冒落。另外，由于煤炭變質(zhì)的主要因素與急傾斜的成因一致，所以即使是同一成煤時(shí)期的煤田，其遭受構(gòu)造運(yùn)動(dòng)的頻度和強(qiáng)度不同，煤種也會有很大的差異。

3.3 瓦斯的賦存和涌出情況

地質(zhì)構(gòu)造對急傾斜煤層瓦斯含量的影響隨具體情況的不同而不同。當(dāng)頂板為脆性巖層時(shí)，在開放性的斷層和褶皺附近，有利于瓦斯的釋放，該處瓦斯含量較少，但在封閉性的斷層和褶皺附近，瓦斯含量增多。所以急傾斜煤層的斷層或是背斜附近容易積聚瓦斯。急傾斜煤層由于構(gòu)造相對復(fù)雜，突出事故和瓦斯爆炸事故多發(fā)生在地質(zhì)構(gòu)造帶內(nèi)的小褶皺附近、強(qiáng)烈擠壓的褶皺帶，以及在傾角變化的轉(zhuǎn)折點(diǎn)等處。

4、被保護(hù)層瓦斯抽采率影響因素

4.1 層間巖石性質(zhì)

采場上覆巖層運(yùn)動(dòng)過程的模擬試驗(yàn)結(jié)果如圖1所示。當(dāng)工作面推進(jìn)85m時(shí)，距離煤層28m處硬巖層與其下巖層間出現(xiàn)明顯的離層，與其上巖層之間沒有明顯離層（圖1（a））；當(dāng)工作面推進(jìn)120m時(shí)，該巖層斷裂失穩(wěn)并伴隨較大范圍的巖層垮落，直到距離煤層80m處堅(jiān)硬巖層為止，此處又形成較大范圍離層（圖1（b））；工作面推進(jìn)到180m時(shí)，該堅(jiān)硬巖層斷裂，由此波及到地面（圖1（c））。由此可見，即使被保護(hù)煤層位于距離開采煤層80m，只要開采煤層回采范圍足夠大，堅(jiān)硬巖層也將斷裂垮落，這一層堅(jiān)硬巖層將不能對被保護(hù)層的卸壓起到屏障作用。若保護(hù)層開采范圍較小，則上部堅(jiān)硬巖層將不會斷裂垮落，這一層堅(jiān)硬巖層將對其上煤層的卸壓起到屏障作用，因此保護(hù)層與被保護(hù)層之間的堅(jiān)硬巖層是否對卸壓起屏障作用主要決定于在開采過程中或開采后一定時(shí)間內(nèi)堅(jiān)硬巖層是否斷裂。

4.2 相對層間距離

實(shí)踐證明，保護(hù)作用與保護(hù)層厚度和層間垂距有密切聯(lián)系。因此，在討論保護(hù)作用時(shí)，往往把保護(hù)層厚度與層間垂距結(jié)合起來考慮，引入相對層間距離的概念，即層間垂距與保護(hù)層厚度的比值。把相對層間距與層間堅(jiān)硬巖層結(jié)合起來可以看出：若被保護(hù)層位于開采煤層的垮落帶或礦壓破壞帶內(nèi)，此時(shí)堅(jiān)硬巖層對被保護(hù)層的卸壓沒有任何屏障作用，將隨著工作面的推進(jìn)逐步垮落，被保護(hù)層卸壓十分充分，卸壓瓦斯大量涌入回采工作面，保護(hù)效果十分明顯；若被保護(hù)層位于開采煤層的斷裂帶或新增損傷帶，由于此時(shí)層間堅(jiān)硬巖石將形成梁的結(jié)構(gòu)，阻礙被保護(hù)層進(jìn)一步變形，也將阻礙其進(jìn)一步卸壓，保護(hù)效果也將受到一定影響；若被保護(hù)層位于開采煤層的彎曲下沉帶或原始損傷帶內(nèi)，此時(shí)必須輔以抽放才能使被保護(hù)層達(dá)到卸壓的目的，至于卸壓的程度則要視堅(jiān)硬巖層的厚度、彈性模量而定。因此，可將被保護(hù)層位于保護(hù)層的垮落帶或礦壓破壞帶內(nèi)定為近距離煤層群，被保護(hù)層位于保護(hù)層的斷裂帶或新增損傷帶內(nèi)定為中距離煤層群，被保護(hù)層位于保護(hù)層的彎曲下沉帶或原始損傷帶內(nèi)定為遠(yuǎn)距離煤層群。

4.3 保護(hù)作用的時(shí)間

保護(hù)層停采后，煤巖層的移動(dòng)與變形還在一定的時(shí)間內(nèi)延續(xù)進(jìn)行，保護(hù)帶可得到部分?jǐn)U展。但是由于保護(hù)層開采后，垮落巖石在上覆應(yīng)力作用下逐漸壓實(shí)，應(yīng)力逐漸恢復(fù)。對于近距離或中距離保護(hù)，被保護(hù)層卸壓和排放瓦斯都較充分，隨時(shí)間延長，被保護(hù)層瓦斯?fàn)顟B(tài)和煤的力學(xué)性質(zhì)不可能恢復(fù)原狀，因而保護(hù)作用也不會隨時(shí)間延長而消失。

對于遠(yuǎn)距離保護(hù)層，由于被保護(hù)層與煤層之間大多沒有裂隙直接連通，一般均采用人工抽放瓦斯，煤層瓦斯動(dòng)力參數(shù)和力學(xué)性質(zhì)均不可能恢復(fù)到原有狀態(tài)，應(yīng)力也不能恢復(fù)原狀。若不采用人工抽放瓦斯，則在上覆巖層作用下煤體應(yīng)力逐漸增加，在應(yīng)力減小時(shí)由吸附狀態(tài)解吸為游離瓦斯中一部分將在地應(yīng)力作用下重新轉(zhuǎn)化為吸附瓦斯，隨著時(shí)間延長瓦斯壓力將逐步增加，保護(hù)作用將逐步消失。因此，開采遠(yuǎn)距離保護(hù)層配合人工抽放瓦斯時(shí)，其保護(hù)作用是不可逆的過程，保護(hù)作用不會隨時(shí)間延長而消失，但隨著時(shí)間的推移被保護(hù)層承受的地應(yīng)力有所增加。

5、結(jié)論

（1）從地質(zhì)構(gòu)造、煤層特征、瓦斯賦存和方面涌出分析了東林煤礦急傾斜煤層賦存特征。

（2）在此基礎(chǔ)上分析得出巖層間巖石性質(zhì)、相對層間距離及保護(hù)作用時(shí)間等因素影響被保護(hù)層瓦斯抽采率。

作者簡介：李 棟（1986），男，碩士，2012年畢業(yè)于重慶大學(xué)采礦工程專業(yè)，主要從事地下工程研究工作。