【摘 要】
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瓦斯一直是影响煤矿安全生产的“第一杀手”,保护层开采是迄今为止治理瓦斯最经济、有效的区域性方法。但是根据《煤矿安全规程》和《防治煤与瓦斯突出细则》的相关建议,无论是上保护层还是下保护层开采,被保护层的保护范围都是逐层缩小的,这与实际效果存在不一致,导致可开采煤量损失严重。因此,开展被保护层保护范围扩界研究具有重要的理论与现实意义。本文以安徽朱仙庄煤矿Ⅱ10310工作面为研究对象,利用FLAC3D三
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瓦斯一直是影响煤矿安全生产的“第一杀手”,保护层开采是迄今为止治理瓦斯最经济、有效的区域性方法。但是根据《煤矿安全规程》和《防治煤与瓦斯突出细则》的相关建议,无论是上保护层还是下保护层开采,被保护层的保护范围都是逐层缩小的,这与实际效果存在不一致,导致可开采煤量损失严重。因此,开展被保护层保护范围扩界研究具有重要的理论与现实意义。本文以安徽朱仙庄煤矿Ⅱ10310工作面为研究对象,利用FLAC3D三维有限差分程序,模拟10煤Ⅱ10310工作面的回采对上距78m突出煤层8煤的卸压影响过程,通过分析其应力、应变的变化规律,并结合应力保护准则、应变卸压保护准则和现场考察结果,得出上被保护层的有效保护范围。主要结论如下:（1）下保护层Ⅱ10310工作面的回采会导致上被保护层8煤的应力重新分布。当Ⅱ10310工作面回采20m时,8煤的竖向最大应力从原始值16.5MPa降至15.5MPa,随着工作面回采距离从40m增加到160m时,被保护层8煤的竖向最大应力从13.7MPa降低至7.55MPa,即随着工作面回采距离的增加,被保护层竖向最大应力逐渐降低,下降幅度达到54.2%。因此,10煤层的回采会导致上被保护层8煤的应力释放。（2）下保护层Ⅱ10310工作面的回采会导致上被保护层8煤的应变发生变化。随着Ⅱ10310工作面回采距离从20m增加到160m时,8煤的竖向最大位移从7.62mm增加至55.3mm,被保护层竖向最大位移量逐渐增加。并且8煤不同位置处位移值不同,会出现不均匀沉降状态。因此,10煤层的回采会导致上被保护层8煤产生大量裂隙,卸压保护作用非常明显。（3）基于FLAC3D模拟结果,根据应力保护准则,8煤的倾向上部保护范围在90.40°～91.95°,倾向下部保护范围在90.10°～93.15°,走向保护范围在90.8°～97.23°;根据应变卸压保护准则,8煤的倾向上部保护范围在90.20°～95.26°,倾向下部保护范围在93.15°～103.49°,走向保护范围在90.74°～97.29°。综合应力、应变结果,为安全起见,受10煤的采动影响,上被保护层8煤的走向和倾向保护角均划定为90°。（4）现场考察了上被保护层8煤Ⅱ836工作面的实际保护范围。实测结果表明:在走向停采线侧,卸压角为60°～104°的范围内被保护层最大残余瓦斯含量为3.41m~3/t,最大残余瓦斯压力为0.13MPa,干煤样最大钻屑瓦斯解吸指标△h2为60Pa;在走向开切眼侧上部,卸压角为60°～90°的范围内被保护层最大残余瓦斯含量为4.09m~3/t,干煤样最大钻屑瓦斯解吸指标△h2为50Pa;在走向开切眼侧下部,卸压角为60°～90°的范围内被保护层最大残余瓦斯含量为3.01m~3/t,干煤样的瓦斯解吸指标△h2最大为60Pa;在倾斜方向下部,卸压角为75.5°～90°的范围内被保护层最大残余瓦斯含量为3.10m~3/t,最大残余瓦斯压力为0.06MPa,瓦斯解吸指标△h2最大为60Pa。所有测定结果均小于2019版《防治煤与瓦斯突出细则》规定的临界值（0.74MPa、8m~3/t）,并且符合《淮北矿业集团关于2021年“一通三防”工作的实施意见》中规定的5m~3/t、0.5MPa和180Pa的临界值。因此,受10煤采动影响上被保护层8煤的走向与倾向实际保护范围均按90°进行划定,现场考察结果与FLAC3D软件模拟结果一致。FLAC3D模拟与现场考察结果均表明,朱仙庄煤矿上被保护层8煤的实际保护范围在走向与倾向上均扩大至90°,存在扩界现象。与《防治煤与瓦斯突出细则》建议的保护角相比,走向上开采长度增加了100m,倾向上开采长度增加了29.84m,可采面积扩大约28000m~2,增长幅度53.43%,产量增加约39万吨,增长幅度44.32%,产生了巨大的安全经济社会效益,此结果可为淮北矿区乃至全国类似条件矿井的增产创收提供依据,也可进一步丰富保护层开采的理论与实践。图[54]表[19]参[75]
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