被保护范围的划定方法及有关参数,应根据对矿井实际考察的结果确定。正在开采的保护层采煤工作面,必须超前于被保护层的掘进工作面,其超前距离不得小于保护层与被保护层之间法线距离的2倍,并不得小于30m。
【解读】本条是关于正在开采的保护层与被保护层距离的规定。
保护层的走向保护范围是根据对保护层开采后被保护层内充分卸压效果进行大量的测定而确定的。保护层在开采过程中,随着工作面前进,在被保护的突出危险煤层中的应力、瓦斯压力和煤的物理机械性能都在不断地发生变化,并以煤的弹性变形、瓦斯压力变化、钻孔瓦斯量变化、温度和透气性等形式反映出来。其变化的规律表现为,在工作面前方30m以外,为正常压力地带,受采掘影响较小,30m以内为集中压力区(若采用突出危险程度较小的煤层做保护层时,不应在此范围内掘进巷道,若掘进巷道,必须采取防治突出措施),而在工作面后方2倍于层间距的范围内被保护的突出煤层中的地应力、瓦斯压力及其物理机械性能都能发生剧烈的变化,距工作面越远,其变化程度越弱。在2倍层间距以远的地区,各种变化趋于稳定,被保护层中的瓦斯压力一般都降低到1MPa以下,瓦斯流量达到极大值,膨胀变形达到极大值并趋于稳定,保护效果已十分充分,突出的基本要素已经减弱或消除,在此范围内布置掘进巷道,从理论上与实践中都证实是安全的。所以为了充分利用保护层的保护效果,保证被保护层的掘进工作面的作业安全,保护层工作面必须超前于被保护层掘进工作面,且超前距离不得小于其层间距的2倍,且不小于30m。
1.保护层有关参数确定
保护层的参数确定,原则上由实测资料确定,报局总工程师批准。无实测资料,可参照下述规定执行。
1)保护层与被保护层有效间距的确定
有效间距可参照表2-4-14或下述公式执行:
表2-4-14 保护层与被保护层有效间距
煤层类别 | 最大有效距离/m | |||
抽放瓦斯 | 未抽放瓦斯 | |||
上保护层 | 下保护层 | 上保护层 | 下保护层 | |
急倾斜煤层 | <60 | <80 | <40 | <50 |
倾斜和缓倾斜煤层 | <50 | <100 | <30 | <80 |
(1)上保护层:
最大有效距离:S上max=S′上β1β2
最小有效距离:无严格限制
(2)下保护层:
最大有效距离:S下max=S′下β1β2
最小有效距离:被保护煤层水被破坏
α<60°时,S下max=KMcosα
α≥60°时,S下max=KMsin(α/2)
(3)关于公式中参数的说明
S上max、S下max:分别为上、下保护层最大有效距离;
S′上、S′下:分别为上保护层、下保护层理论有效间距(m),它与工作面长度L、开采深度H有关,可参照表2-4-15取值。当L>0.3H时,取L=0.3H,但不得大于250m。
表2-4-15 S′上、S′下与开采深度(H)和工作面长度(L)的关系
开采深度H/m | S′下/m | S′上/m | |||||||||||||
工作面长度L | 工作面长度L | ||||||||||||||
50 | 75 | 100 | 125 | 150 | 175 | 200 | 250 | 50 | 75 | 100 | 152 | 150 | 200 | 250 | |
300 | 70 | 100 | 125 | 145 | 172 | 190 | 205 | 220 | 50 | 67 | 76 | 83 | 87 | 90 | 92 |
400 | 58 | 85 | 112 | 134 | 155 | 170 | 182 | 194 | 40 | 50 | 58 | 66 | 71 | 74 | 76 |
500 | 50 | 75 | 100 | 120 | 142 | 154 | 164 | 174 | 29 | 39 | 49 | 56 | 62 | 60 | 68 |
600 | 45 | 67 | 90 | 109 | 126 | 138 | 146 | 155 | 24 | 34 | 43 | 50 | 55 | 59 | 61 |
800 | 33 | 54 | 73 | 90 | 103 | 447 | 127 | 135 | 21 | 29 | 36 | 41 | 45 | 49 | 80 |
1000 | 27 | 41 | 57 | 71 | 88 | 100 | 114 | 122 | 18 | 25 | 32 | 36 | 41 | 44 | 45 |
1200 | 24 | 37 | 50 | 63 | 80 | 92 | 104 | 133 | 16 | 23 | 30 | 32 | 37 | 40 | 41 |
注:表中是以H≤550m。L≤120m条件下制定的。
β1:保护层开采影响系数
当M≤M0时,β1=M/M0
当M>M0时,β1=1
M——保护层开采厚度m
M0——开采保护层最小有效厚度m,
M0可按图2-4-5确定;
β2:层间硬岩(砂岩、石灰岩等)含量系数,以η表示硬岩在层间岩石中所占的比例;
η≥50%时,β2=1-(0.4×η)
η<50% β2=1
SFmix——下保护层允许最小间距,m
H——被保护层开采深度,m
α:煤层倾角;
K:顶板管理系数。冒落法取10,充填法取6。
经验证明,层间距越小,保护层采高越高,保护作用越大;反之亦然。
有的矿区还引入参考参数R=S/M
式中 S——保护层与被保护层层间距,m;
M——保护层采高,m;
一般上保护层R<75;下保护层R<130,具有保护效果。
2)保护层采煤工作面超前被保护层掘进工作面的距离的确定
保护层采煤工作面,超前被保护层掘进工作面的距离各国数值不同,如俄罗斯、波兰确定为2倍层间距;德国为1倍层间距。我国《细则》中规定,超前距不得小于层间垂距的2倍,并不得小于30m。
2.保护范围的划定
关于保护范围的确定,应以实测为准,无实测资料,可参照如下执行。
⑴保护层延走向保护范围。如保护层采煤工作面停产超过3个月,且卸压比较充分,该采煤工作面始采线和终采线对被保护层沿走向的保护范围可按卸压角56°~60°划定,如图2-4-6所示。
⑵保护层沿倾斜方向的保护范围。沿倾斜方向的保护范围,可按卸压角划定,卸压角的数值与煤层倾角、开采深度、地层岩性、地面下沉角有关。卸压角的大小应采作实测数据,如无实际工资测数据,可采用下列办法确定。如图2-4-7所示。
下保护层卸压角可按下式计算:
δ1=180°-(α+Q0+10°)
δ2=α+ Q0-10°
式中 α——煤的倾角;
Q0——最大下沉角,可从地表移动站测
在没有最大下沉角资料情况下,卸压角可按表2-4-16选取。
表2-4-16 保护层沿倾斜的斜压角
煤层倾角α/(°) | 卸压角/(°) | |||
δ1 | δ2 | δ3 | δ4 | |
0 | 80 | 80 | 75 | 75 |
10 | 77 | 83 | 75 | 75 |
20 | 73 | 87 | 75 | 75 |
30 | 69 | 90 | 77 | 70 |
40 | 65 | 90 | 80 | 70 |
50 | 70 | 90 | 80 | 70 |
60 | 72 | 90 | 80 | 70 |
70 | 72 | 90 | 80 | 70 |
80 | 73 | 90 | 78 | 72 |
90 | 75 | 80 | 75 | 80 |