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[摘要]在煤矿生产过程中，开采保护层是最为有效和经济的防止瓦斯突出的保护措施，因此，各煤矿企业在实际生产过程中都会采用此种措施。虽然开采保护层的防突作用成效明显，但是各专家学者对防突作用效果的研究不多，其指标体系有待完善。文章就此对开采保护层的防突作用效果进行了分析，具体内容供大家参考和借鉴。
[关键词]煤矿；开采；保护层；防突作用
中图分类号：G633.96 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2018）40-0333-01
前言
煤与瓦斯的突出是一种受多种因素影响的、极其复杂的矿井动力现象，其严重威胁着矿井的安全生产。保护层开采作为可靠的区域防突措施，被保护层保护范围内的煤体起到了卸压、增透、煤层瓦斯压力降低、含量减少，达到消除突出危险性作用；但是在保护层影响范围之内，煤柱会形成破碎带、应力集中带和原始应力带，而在应力集中带之内，媒体应力增加、透气性降低、应力封堵作用下，使得被保护层煤柱形成了高瓦斯区。因此，同样的条件之下，在煤柱影响范围之内，被保护层的煤与瓦斯突出危险性更大。这种情况下，加强保护层防突效果分析，对于实现煤矿安全、高效采掘生产具有十分重要的意义。
一、保护层开采防突机理
国内外的考察资料证明，保护层开采后，被保护层的应力应变状态、煤结构和瓦斯动力参数发生显著变化。保护层防治煤与瓦斯突出的原理如图1所示。
从图1可以看出，卸压作用是引起其他因素变化的依据，只要突出煤层受到一定的卸压作用，煤结构、瓦斯动力参数便发生如上顺序的变化，都有利于消除突出或者使突出危险性有所降低。
我们知道，煤与瓦斯突出是地应力、瓦斯压力和煤的物理力学性质综合作用的结果。煤矿井下的采掘活动破坏了原有的平衡之后，必须使应力重新得到一个平衡，尤其是在工作面上保护煤柱的应力。煤柱两侧的采空区在持续跨落、压实过程中，其上方尚未跨落的岩体和采掘过程中超前支撑压力作用在煤柱上，形成应力叠加，产生应力集中效应，煤柱影响区域内也类似，形成破碎区、应力集中区和原始应力区。此外，煤是一种多孔介质，孔隙的存在严重影响着煤的物理、力学性能，关系到煤的解吸性、吸附性和渗透性。煤中孔隙数量的多少以及空隙结构的变化，都是引起煤脆性、坚固性以及透气性变化的重要因素。而应力集中作用挤压煤体之上，就会使煤中的孔隙不断缩小，从而降低了煤的透气性，防止了煤层内部瓦斯向外排放，从而形成了一个高瓦斯区域。随着应力的不断增加，产生的剪切应力使煤体受到破坏，围岩和煤体的弹性变形能做功也会加速煤体的破坏，导致煤体自身抵抗能力减弱。
二、开采保护层的防突效果研究
1、煤层瓦斯压力测定
显德汪矿九采区1#煤平均厚为1.5m，瓦斯含量为2.23m3/t，2#煤平均厚度为2.0m，瓦斯含量为7.69m3/t，瓦斯压力为0.72MPa，1#煤层与2#煤层间距在8～20m，1#煤层1917工作面为保护层，保护2#煤层1929工作面运输巷，两个工作面平距相差为35m，垂距约为12m；预先测定2#煤层瓦斯原始压力，1#煤层作为保护层开采结束后，通过九轨道石门向2#煤中施工瓦斯钻孔，测定保护层开采后2#煤层瓦斯压力，通过开采后压力值与原始压力值对比变化确定卸压保护范围。
在对煤层原始瓦斯压力进行测定的过程中，可以使用钻孔瓦斯压力自然恢复的方法。其具体的测定过程为：通过巷道隔离岩柱向煤层打孔，孔的直径一般为φ75mm之上（如图2所示），孔的长度需要根据实际情况而定，一般遵循以下原则：隔离岩柱的厚度应满足煤层至巷道的垂直距离不小于5m，钻孔要求穿透煤层全厚；成孔后在孔内安设测压管，然后对钻孔采用漏斗式注浆机封孔；封孔后，安设压力表开始测压。测压的头3d，需每天记录一次压力表的指示值；以后每隔2～3d记录一次压力表的指示值。当压力表的压力指示值连续3d没有变化时，其压力即为煤层原始瓦斯压力，压力测定结束。
2、沿倾斜方向的保护范围
通过九轨道石门向2#煤层施工1-7#测压孔，角度分别为9°13°18°24°33°46°63°，测定卸压后煤层瓦斯压力。
瓦斯测定结果分析。1#-3#孔在工作面的推过过程中前后变化不是很大；4#-7#孔在工作面推过前后有比较大的变化，4#孔处于工作面运输巷的影响之下，其测得压力值较小；因此，4#孔被布置在预计的卸压线上，从瓦斯压力曲线上可看出4#-7#孔受煤层采动的影响被布置在预计的卸壓范围之内，1#-3#孔在保护范围之外。
3、卸压角确定
通过上面的分析，可以知道4#孔所在位置为保护层开采的卸压线边缘，由此可根据1#煤层与2#煤层的间距和4#孔终点位置确定当采用上保护层开采时。卸压角φ约为74°。
结束语
综上所述，在突出煤层上保护层开采方式之下，通过对保护层开采前、后煤层瓦斯压力变化变化的情况，分析煤层瓦斯压力变化规律，确定卸压范围，能够进一步研究突出煤层上保护层开采的保护效果和保护范围。
参考文献：
[1]吴建亭.开采保护层煤层的防突作用效果分析[J].煤炭科学技术，2010，38（05）：66-69+128.
[2]朱怡然，李淑敏，胡国忠，孙邈.突出煤层群保护层开采区域防突技术方案优化[J].煤矿安全，2016，47（11）：69-72.
[3]杨宏民，孙毅宾.极薄保护层开采的保护效果研究[J].煤矿安全，2017，48（01）：149-152.
[关键词]煤矿；开采；保护层；防突作用
中图分类号：G633.96 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2018）40-0333-01
前言
煤与瓦斯的突出是一种受多种因素影响的、极其复杂的矿井动力现象，其严重威胁着矿井的安全生产。保护层开采作为可靠的区域防突措施，被保护层保护范围内的煤体起到了卸压、增透、煤层瓦斯压力降低、含量减少，达到消除突出危险性作用；但是在保护层影响范围之内，煤柱会形成破碎带、应力集中带和原始应力带，而在应力集中带之内，媒体应力增加、透气性降低、应力封堵作用下，使得被保护层煤柱形成了高瓦斯区。因此，同样的条件之下，在煤柱影响范围之内，被保护层的煤与瓦斯突出危险性更大。这种情况下，加强保护层防突效果分析，对于实现煤矿安全、高效采掘生产具有十分重要的意义。
一、保护层开采防突机理
国内外的考察资料证明，保护层开采后，被保护层的应力应变状态、煤结构和瓦斯动力参数发生显著变化。保护层防治煤与瓦斯突出的原理如图1所示。
从图1可以看出，卸压作用是引起其他因素变化的依据，只要突出煤层受到一定的卸压作用，煤结构、瓦斯动力参数便发生如上顺序的变化，都有利于消除突出或者使突出危险性有所降低。
我们知道，煤与瓦斯突出是地应力、瓦斯压力和煤的物理力学性质综合作用的结果。煤矿井下的采掘活动破坏了原有的平衡之后，必须使应力重新得到一个平衡，尤其是在工作面上保护煤柱的应力。煤柱两侧的采空区在持续跨落、压实过程中，其上方尚未跨落的岩体和采掘过程中超前支撑压力作用在煤柱上，形成应力叠加，产生应力集中效应，煤柱影响区域内也类似，形成破碎区、应力集中区和原始应力区。此外，煤是一种多孔介质，孔隙的存在严重影响着煤的物理、力学性能，关系到煤的解吸性、吸附性和渗透性。煤中孔隙数量的多少以及空隙结构的变化，都是引起煤脆性、坚固性以及透气性变化的重要因素。而应力集中作用挤压煤体之上，就会使煤中的孔隙不断缩小，从而降低了煤的透气性，防止了煤层内部瓦斯向外排放，从而形成了一个高瓦斯区域。随着应力的不断增加，产生的剪切应力使煤体受到破坏，围岩和煤体的弹性变形能做功也会加速煤体的破坏，导致煤体自身抵抗能力减弱。
二、开采保护层的防突效果研究
1、煤层瓦斯压力测定
显德汪矿九采区1#煤平均厚为1.5m，瓦斯含量为2.23m3/t，2#煤平均厚度为2.0m，瓦斯含量为7.69m3/t，瓦斯压力为0.72MPa，1#煤层与2#煤层间距在8～20m，1#煤层1917工作面为保护层，保护2#煤层1929工作面运输巷，两个工作面平距相差为35m，垂距约为12m；预先测定2#煤层瓦斯原始压力，1#煤层作为保护层开采结束后，通过九轨道石门向2#煤中施工瓦斯钻孔，测定保护层开采后2#煤层瓦斯压力，通过开采后压力值与原始压力值对比变化确定卸压保护范围。
在对煤层原始瓦斯压力进行测定的过程中，可以使用钻孔瓦斯压力自然恢复的方法。其具体的测定过程为：通过巷道隔离岩柱向煤层打孔，孔的直径一般为φ75mm之上（如图2所示），孔的长度需要根据实际情况而定，一般遵循以下原则：隔离岩柱的厚度应满足煤层至巷道的垂直距离不小于5m，钻孔要求穿透煤层全厚；成孔后在孔内安设测压管，然后对钻孔采用漏斗式注浆机封孔；封孔后，安设压力表开始测压。测压的头3d，需每天记录一次压力表的指示值；以后每隔2～3d记录一次压力表的指示值。当压力表的压力指示值连续3d没有变化时，其压力即为煤层原始瓦斯压力，压力测定结束。
2、沿倾斜方向的保护范围
通过九轨道石门向2#煤层施工1-7#测压孔，角度分别为9°13°18°24°33°46°63°，测定卸压后煤层瓦斯压力。
瓦斯测定结果分析。1#-3#孔在工作面的推过过程中前后变化不是很大；4#-7#孔在工作面推过前后有比较大的变化，4#孔处于工作面运输巷的影响之下，其测得压力值较小；因此，4#孔被布置在预计的卸压线上，从瓦斯压力曲线上可看出4#-7#孔受煤层采动的影响被布置在预计的卸壓范围之内，1#-3#孔在保护范围之外。
3、卸压角确定
通过上面的分析，可以知道4#孔所在位置为保护层开采的卸压线边缘，由此可根据1#煤层与2#煤层的间距和4#孔终点位置确定当采用上保护层开采时。卸压角φ约为74°。
结束语
综上所述，在突出煤层上保护层开采方式之下，通过对保护层开采前、后煤层瓦斯压力变化变化的情况，分析煤层瓦斯压力变化规律，确定卸压范围，能够进一步研究突出煤层上保护层开采的保护效果和保护范围。
参考文献：
[1]吴建亭.开采保护层煤层的防突作用效果分析[J].煤炭科学技术，2010，38（05）：66-69+128.
[2]朱怡然，李淑敏，胡国忠，孙邈.突出煤层群保护层开采区域防突技术方案优化[J].煤矿安全，2016，47（11）：69-72.
[3]杨宏民，孙毅宾.极薄保护层开采的保护效果研究[J].煤矿安全，2017，48（01）：149-152.