被保護範圍的劃定方法及有關參數,應根據對礦井實際考察的結果確定。正在開采的保護層采煤工作麵,必須超前於被保護層的掘進工作麵,其超前距離不得小於保護層與被保護層之間法線距離的2倍,並不得小於30m。
【解讀】本條是關於正在開采的保護層與被保護層距離的規定。
保護層的走向保護範圍是根據對保護層開采後被保護層內充分卸壓效果進行大量的測定而確定的。保護層在開采過程中,隨著工作麵前進,在被保護的突出危險煤層中的應力、瓦斯壓力和煤的物理機械性能都在不斷地發生變化,並以煤的彈性變形、瓦斯壓力變化、鑽孔瓦斯量變化、溫度和透氣性等形式反映出來。其變化的規律表現為,在工作麵前方30m以外,為正常壓力地帶,受采掘影響較小,30m以內為集中壓力區(若采用突出危險程度較小的煤層做保護層時,不應在此範圍內掘進巷道,若掘進巷道,必須采取防治突出措施),而在工作麵後方2倍於層間距的範圍內被保護的突出煤層中的地應力、瓦斯壓力及其物理機械性能都能發生劇烈的變化,距工作麵越遠,其變化程度越弱。在2倍層間距以遠的地區,各種變化趨於穩定,被保護層中的瓦斯壓力一般都降低到1MPa以下,瓦斯流量達到極大值,膨脹變形達到極大值並趨於穩定,保護效果已十分充分,突出的基本要素已經減弱或消除,在此範圍內布置掘進巷道,從理論上與實踐中都證實是安全的。所以為了充分利用保護層的保護效果,保證被保護層的掘進工作麵的作業安全,保護層工作麵必須超前於被保護層掘進工作麵,且超前距離不得小於其層間距的2倍,且不小於30m。
1.保護層有關參數確定
保護層的參數確定,原則上由實測資料確定,報局總工程師批準。無實測資料,可參照下述規定執行。
1)保護層與被保護層有效間距的確定
有效間距可參照表2-4-14或下述公式執行:
表2-4-14 保護層與被保護層有效間距
煤層類別 | 最大有效距離/m | |||
抽放瓦斯 | 未抽放瓦斯 | |||
上保護層 | 下保護層 | 上保護層 | 下保護層 | |
急傾斜煤層 | <60 | <80 | <40 | <50 |
傾斜和緩傾斜煤層 | <50 | <100 | <30 | <80 |
(1)上保護層:
最大有效距離:S上max=S′上β1β2
最小有效距離:無嚴格限製
(2)下保護層:
最大有效距離:S下max=S′下β1β2
最小有效距離:被保護煤層水被破壞
α<60°時,S下max=KMcosα
α≥60°時,S下max=KMsin(α/2)
(3)關於公式中參數的說明
S上max、S下max:分別為上、下保護層最大有效距離;
S′上、S′下:分別為上保護層、下保護層理論有效間距(m),它與工作麵長度L、開采深度H有關,可參照表2-4-15取值。當L>0.3H時,取L=0.3H,但不得大於250m。
表2-4-15 S′上、S′下與開采深度(H)和工作麵長度(L)的關係
開采深度H/m | S′下/m | S′上/m | |||||||||||||
工作麵長度L | 工作麵長度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條件下製定的。
β1:保護層開采影響係數
當M≤M0時,β1=M/M0
當M>M0時,β1=1
M——保護層開采厚度m
M0——開采保護層最小有效厚度m,
M0可按圖2-4-5確定;
β2:層間硬岩(砂岩、石灰岩等)含量係數,以η表示硬岩在層間岩石中所占的比例;
η≥50%時,β2=1-(0.4×η)
η<50% β2=1
SFmix——下保護層允許最小間距,m
H——被保護層開采深度,m
α:煤層傾角;
K:頂板管理係數。冒落法取10,充填法取6。
經驗證明,層間距越小,保護層采高越高,保護作用越大;反之亦然。
有的礦區還引入參考參數R=S/M
式中 S——保護層與被保護層層間距,m;
M——保護層采高,m;
一般上保護層R<75;下保護層R<130,具有保護效果。
2)保護層采煤工作麵超前被保護層掘進工作麵的距離的確定
保護層采煤工作麵,超前被保護層掘進工作麵的距離各國數值不同,如俄羅斯、波蘭確定為2倍層間距;德國為1倍層間距。我國《細則》中規定,超前距不得小於層間垂距的2倍,並不得小於30m。
2.保護範圍的劃定
關於保護範圍的確定,應以實測為準,無實測資料,可參照如下執行。
⑴保護層延走向保護範圍。如保護層采煤工作麵停產超過3個月,且卸壓比較充分,該采煤工作麵始采線和終采線對被保護層沿走向的保護範圍可按卸壓角56°~60°劃定,如圖2-4-6所示。
⑵保護層沿傾斜方向的保護範圍。沿傾斜方向的保護範圍,可按卸壓角劃定,卸壓角的數值與煤層傾角、開采深度、地層岩性、地麵下沉角有關。卸壓角的大小應采作實測數據,如無實際工資測數據,可采用下列辦法確定。如圖2-4-7所示。
下保護層卸壓角可按下式計算:
δ1=180°-(α+Q0+10°)
δ2=α+ Q0-10°
式中 α——煤的傾角;
Q0——最大下沉角,可從地表移動站測
在沒有最大下沉角資料情況下,卸壓角可按表2-4-16選取。
表2-4-16 保護層沿傾斜的斜壓角
煤層傾角α/(°) | 卸壓角/(°) | |||
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 |