文/董洪生

阳煤集团温家庄矿井为煤层群开采，投产盘区为一水平11盘区和二水平23盘区，煤层赋存较稳定，但不同煤层厚度差异较大，且可采煤层均具有煤与瓦斯突出危险性。通过对保护层保护效果及对上邻近层影响进行分析，选取最优的保护层层位，实现逐层对邻近层进行消突。该方案既有效解放煤层瓦斯，降低矿井煤与瓦斯突出措施工程费用，又平衡矿井产量，获得了较好的经济效益。

一、基本情况

1.煤层赋存

（1）产状

11盘区开采煤层从上到下为3、81和 82号煤层，其中 3、82号煤层首采盘区内大部可采，81号煤层首采盘区内全区可采。

23盘区开采煤层从上到下为12、15和15下号煤层，其中12号煤层仅23盘区南翼西侧的231202、231204工作面可采。

（2）可采煤层

①一水平首采盘区可采煤层。一水平11盘区内可采煤层为3、81和82号煤层，各煤层钻孔揭露情况分述如下：

3号煤层：煤层厚度0.8～1.45m，平均厚度1.15m。煤层结构简单，含0～1层夹矸，除11盘区北翼西侧区域不可采，首采盘区内大部可采。

81号煤层：扣除采空区部分，剩余7个钻孔，揭露煤层厚度为1.57～2.35m，平均 1.96m。煤层结构简单，首采区内不含夹矸，全区可采。

82号煤层：煤层厚度0.85～1.80m，平均厚度1.43m。煤层结构简单，含0～1层夹矸，除11盘区北翼西侧局部区域不可采，首采盘区内大部可采。

②二水平首采盘区可采煤层。二水平23盘区内可采煤层为12、15和15下号煤层，各煤层钻孔揭露情况分述如下：

12号煤层：23盘区内12号煤层仅231202、231204工作面可采，钻孔2个，揭露煤层厚度为0.85～0.95m，平均厚度0.90m。煤层结构简单，不含夹矸，首采区内局部可采，仅南翼西侧可布置约3个工作面。

15号煤层：煤层厚度3.32～7.15m，平均4.53m。煤层结构较简单，含0～3层夹矸，首采盘区内全区可采。

15下号煤层：煤层厚度0.90～1.76m，平均厚度1.58m。煤层结构简单，含0～3层夹矸，首采盘区内仅23盘区北翼可采。

③可采煤层间距。根据地质报告，该矿井可采煤层6层，分别为3、81、82、12、15、15下号煤层，煤层平均间距分别为 44.72m、3.98m、31.84m、36.91m、5.05m。

2.水文地质

该井田水文地质勘查类型可划分为两类：山西组为第二类第一型，即水文地质条件简单的顶板直接充水的裂隙充水矿床，太原组为第三类第一亚类第一型，即水文地质条件简单的顶板间接充水的溶蚀裂隙为主的充水矿床。水文地质类型应定为水文地质中等型矿井。

3.其他开采条件

瓦斯：该矿井按煤与瓦斯突出矿井设计。

煤尘：可采煤层中除3、15号煤层煤尘无爆炸危险性外，其余煤层煤尘均具有爆炸危险性。

该矿井煤层自燃倾向性等级为Ⅲ级，鉴定结论为不易自燃。地质报告中82、12、15号煤的自燃倾向性均为不易自燃。

地温：本区属地温正常区。

二、保护层保护效果分析

根据 《保护层开采技术规范（AQ1050-2008）》附录 A 中对保护层与被保护层之间的有效垂距计算公式，下保护层的最大有效距离：

上保护层的最大有效距离：

式中：

S'下、S'上—下保护层和上保护层的理论有效垂距，m。与工作面长度 L（一水平200m，二水平260m）和开采深度H有关；

β1—保护层开采的影响系数，当 M≤M0时，β1=M/M0， 当 M>M0时，β1=1；

M—保护层的开采厚度，m；

M0—保护层的最小有效厚度，m；

β2—层间硬岩（砂岩、石灰岩）含量系数。

经过上述分析结果可知，在所有可采煤层均全区可采的情况下，采用上保护层开采，保护层有效垂距均大于煤层间距，能够起到消突作用，但是考虑到该矿井12号煤层仅在中央分区可采，其他区域绝大部分不可采。如仍采用上保护层开采，开采82号煤层时有效垂距为56m，而此时82号煤层与15号煤层的层间距达到了73.38m，导致无法对15号煤层起到保护作用，因此一水平煤层不适合作为保护层开采，只能考虑二水平可采煤层。采用下保护层的方式，根据煤层赋存情况，两层煤均为大部可采煤层，作为下保护层开采时，均能对全井田可采煤层起到保护作用。3号煤层到15号、15下号煤层间距分别为 124.97m和 131.39m，15下号煤层作为保护层开采时，3号煤层位于其保护范围的临界，保护效果有限。

三、保护层对上部被保护煤层破坏程度的分析

根据《煤矿安全规程》《防治煤与瓦斯突出规定》等相关规定，选择下保护层开采时，不得破坏被保护层的开采条件，本次设计通过理论计算对15号及15下号煤层作为下保护层开采时对上部煤层的破坏程度进行分析验证。

1.按照《防治煤与瓦斯突出规定》附录D中D.4规定，开采下保护层时，上部被保护层不被破坏的最小层间距离计算公式计算：

H=KMcosα

式中：

H—允许采用的最小层间距，m；

K—顶板管理系数，冒落法管理顶板采用10；

M—保护层的开采厚度；

α—煤层倾角，取 8°。

2.按照《建筑物、水体、铁路及主要井巷煤柱留设与压煤开采规程》中的公式计算最小层间距：

H=100×M/(1.6M+3.6)+5.6m

式中：

H—导水裂隙带高度，m；

M—煤层采厚。

设计根据地质报告对每个钻孔进行了详实具体的分析。计算结果显示，15号煤层作为保护层开采时，上部被保护层不被破坏的最小层间距离值及导水裂隙带高度均小于煤层间距，因此不会对其上部的82号煤层产生大的影响，是可行的。同理设计对15下号煤层做同样的分析后发现，15号和15下号煤层间距较小，15下号煤层作为保护层开采时，上部被保护层不被破坏的最小层间距离值及导水裂隙带高度均大于煤层间距，会对其上部的15号煤层造成较大的影响，故15下号煤层不能作为矿井下保护层开采。

经过以上分析，确定矿井中央分区12号煤层全区可采，采用上保护层开采，逐层对下邻近层进行保护，达到安全生产的目的。其他区域12号煤层均不可采，设计选择15号煤层作为下保护层，15号煤层保护层开采结束后，采用煤层下行开采。

四、结论

根据上述分析，温家庄矿井煤层开采顺序如下：

一水平：3号煤层→81号煤层→82号煤层，11、16盘区受开采现状影响，先开采81号煤层；

二水平：12号煤层→15号煤层→15下号煤层，15号煤层作为保护层开采范围内，优先开采15号煤层。

采用上述方案选取保护层，不仅有效解决了瓦斯突出问题，同时实现了煤层的薄厚搭配回采，对矿井安全生产、稳产、达产均起到关键作用。