摘要：保护层开采是高突矿井瓦斯治理的主要方式及开采方法,然而其卸压增透效果当前无法量化表征,缺乏评价体系。基于平板流体模型增透率理论,结合平煤十矿地质条件,通过离散单元法建立保护层开采数值模型,获得保护层开采不同距离时采空区下方的增透率图谱及被保护层的应力分布。结果表明:保护层开采过程中,采面前方15 m处支撑压力会出现应力峰值,随着采面的推进,增透率与现场瓦斯流量呈现正相关关系;在采空区下方,被保护层卸压及增透效应明显,且卸压区范围与增透率分布集中区域基本一致,均随采空区范围的扩大而增大。该研究成果证实了增透率理论可作为保护层开采卸压增透指标,为现场保护层回采设计、瓦斯抽采设计范围的确定提供更加科学的依据。

摘要：保护层开采卸压效果评价及范围划定是保护层开采防冲技术应用的重要指标。以呼吉尔特矿区葫芦素煤矿上保护层开采为研究背景,通过理论分析、光纤传感现场实测相结合的方法,分析了上保护层开采后底板破坏深度,获得了上保护层开采后下伏煤岩体应力分布规律,被保护层应力释放率及其变化特性,得出了被保护层卸压角和底板破坏深度等参数。设计了3个钻孔将光纤植入工作面底板,实现了底板煤岩体的走向90.36 m、倾向128.47 m、垂向36.45 m空间范围内的卸压效果的实时监测。获得了工作面推进从-300~+255 m的保护层卸压监测数据。结果表明,上保护层开采底板煤岩体应力沿推进方向可划分为“原岩应力-应力集中-应力释放-应力恢复”4个阶段,应力集中阶段位于工作面前方60 m范围内,应力释放阶段位于工作面后方8~10 m以后区域,应力恢复阶段在工作面后方58~67 m以后区域。保护层开采后底板应力释放率具有明显的空间效应,垂直方向上应力释放率峰值波动范围为4.2%~71.6%,应力释放率峰值随底板深度增加呈负对数减小。水平方向上应力释放率峰值位置与底板深度之间呈对数关系增大,底板深度越大应力释放率峰值滞后工作面距离越远。将应力释放率为10%作为卸压临界值,确定了2^(-2)中煤倾向卸压角为53.7°,走向卸压角为63.5°,光纤光栅和分布式光纤监测系统测得的临界卸压深度分别为29.8和30.0 m,与理论计算结果偏差为1.1%~1.3%。分布式光纤测得的最大应力释放率为24.5%,光纤光栅测得的最大应力释放率为63.3%~81.0%。最后,分析了分布式光纤传感技术和光纤光栅测试在保护层开采卸压效果监测中的测试结果差异,对比了光纤测试和经验公式计算的底板破坏深度。光纤传感技术为保护层开采卸压范围监测方法提供了一种新的手段,实现了数据采集、空间维度上对被保护层卸压效应的分布式、连续监测。

摘要：如何科学、快速、准确地确定保护层开采消突范围一直是矿井安全开采技术难题之一。针对目前保护层开采消突范围各判别准则理论上的非一致性和生产实践中的局限性,笔者结合淮南矿区潘三煤矿保护层工作面开采的工程实践,提出了利用煤层瓦斯含量来确定保护层消突范围的技术方法。通过快速准确现场测定在保护层开采前后被保护煤层的瓦斯含量,基于被保护煤层煤与瓦斯突出的临界瓦斯含量值,科学地确定其消突范围。该技术对保护层开采消突范围的合理性确定,科学地设计布置瓦斯抽采钻孔位置,最大限度地利用保护层开采进行区域性防突,保证矿井的安全高效开采具有重要意义。

摘要：保护层开采是解决高瓦斯低透气性突出煤层的有效办法。在不具备常规煤层保护层开采条件的工程背景及技术难题基础上,提出近全岩保护层开采的技术思路。基于平煤十二矿主采煤层工程地质条件,总结了近全岩保护层开采优化设计原则,通过分析煤层膨胀变形率、应力变化特征及现有装备水平和经济技术因素,优化得出保护层与被保护层间距为12 m、保护层开采厚度为1.9 m;基于己14-31010近全岩保护层工作面煤岩体揭露情况,优选出综采液压支架、采煤机和刮板输送机等关键近全岩开采装备;设计了采煤机配合爆破预裂的破煤(岩)方式,并针对性设计单排眼和三花眼的辅助爆破工艺。实施己14-31010近全岩保护层工作面开采后,己15-31010被保护层工作面瓦斯压力由1.80 MPa降低至0.35 MPa,残余瓦斯含量仅1.28 m3/t,抽采率提高至66%,表明近全岩保护层开采瓦斯治理效果显著。

摘要：保护效果是保护层开采方案设计的重要依据,为了研究保护层开采时被保护层的裂隙发育特征与卸压增透效果,以相似材料试验模型为基础,设计了保护层开采被保护层渗透性箱式可伸缩式测试系统,包括进气系统、可伸缩箱式渗透特性测试系统和集气系统三部分,以长平煤矿保护层开采为例,开展了保护层开采渗透性测试试验。结果表明:保护层开采过程中,覆岩裂隙发育至被保护层直接顶范围,被保护层地层应力得到有效释放,充分采动区卸压系数为27.8%~32.2%,最高达46.9%;被保护层增透效果与采动应力呈负相关关系,原岩应力区渗透率不变,支承应力区渗透率降低8%~56%,卸压区渗透率增大14.5倍;随工作面推采,卸压区域逐渐扩展,被保护层增透区域也逐渐增大。最后,根据试验结果讨论了试验系统的缺点及改进建议,为下一步的研究提供指导。

摘要：保护层开采在低渗透高瓦斯近距离煤层中得到广泛应用,研究保护层开采扰动下的煤岩强扰动力学行为与渗透特性为进一步更加高效安全的开采被保护层煤层提供了理论支持。选取平煤集团十二矿上保护层己14煤层工作面己14-31010和被保护层己15煤层工作面己15-31030为研究对象,进行相似模拟试验和保护层开采过后被保护煤层受力分析。通过相似材料模拟试验获取保护层开采方式下被保护层的受力情况,上保护层开采过程中,煤层压力先增大后减小,采空区重新压实稳定后,应力状态近似恢复到原岩应力状态。通过对保护层开采后的被保护煤层受力分析获取煤层变形后的应力状态,上保护层开采过后,被保护层煤层产生变形,煤层上部分膨胀变形,应力小于原岩应力;下部分煤层压缩,应力大于原岩应力。结合二者的结果获取保护层开采方式下室内试验中被保护层煤层应力加载路径。依据被保护层煤层应力加载路径,设计进行采动耦合应力路径下的煤样渗流试验。试验结果表明:上保护层煤层开采过程中,同等试验条件下,被保护层煤层可承受的上保护层开采扰动应力越大,被保护层煤层开采过程中的煤体破坏应力峰值越大,体积应变越大;被保护层煤层开采过程中,M组煤样和N组煤样应力应变曲线与常规保护层卸荷三轴试验相比,扩容点出现位置明显提前;同等应力状态下,水压越大,煤样的体积应变越大;被保护层煤层开采过程中,M组煤样初始围压为35MPa,围压对渗透率的影响大于轴压的影响,N组煤样初始围压为20MPa,围压、轴压交替对渗透率产生主要影响,渗透率曲线呈现“W”型。两组试验中,扰动应力最大的试样破坏前的渗透率普遍大于其他试样的渗透率。

摘要：保护层开采能够有效防治煤矿瓦斯问题,保护效果是保护层开采设计的重要依据。为了研究保护层开采时被保护层裂隙演化和渗透特征,采用现场测试对保护层开采前后裂隙发育特征进行分析,并对保护层开采过程中被保护层渗透率和卸压特征进行了相似模拟和数值模拟研究,研究结果表明:保护层开采前,裂隙发育数量和宽度较小,受保护层开采影响后,裂隙数量和宽度明显增加,裂隙发育度提高;保护层开采后被保护层可划分原岩应力区、支撑应力区、开采卸压区、应力恢复区4个区,支撑应力区渗透率降低,应力恢复区渗透率小幅提高,开采卸压区内渗透率可达到开采前的7倍以上;保护层开采后,被保护层卸压幅度将近50%,卸压率曲线呈“沟渠状”分布,被保护层膨胀率整体大于3‰,满足《防治煤与瓦斯突出细则》的要求,保护层开采可以达到卸压增透的效果。

摘要：为防止被保护层中瓦斯大量涌向保护层工作面,造成其工作面上隅角和回风巷瓦斯超限,基于采空区上覆岩层"三带"中瓦斯运移规律,利用高位钻孔抽放被保护层卸压瓦斯。通过在羊东矿8458工作面应用实践,采用理论计算与数值模拟确定裂隙发育带的高度,并对高位钻孔参数进行优化设计,结果表明:该工作面单孔纯瓦斯抽采量由0.5m3/min提高到0.8m3/min,回风巷瓦斯浓度由0.9%降低到0.4%,上隅角瓦斯浓度由1.2%降低到0.6%,提高了瓦斯抽放率,保证了工作面安全回采。

摘要：以祁东煤矿高瓦斯突出煤层群开采为工程背景,利用相似模拟试验研究了保护层开采对上覆岩层移动规律的影响,试验结果表明：工作面存在大小周期来压现象,大周期来压步距为18.0～25.0m,小周期垮落步距约为15.0～17.5m;分析得出工作面回采后的支承压力分布规律以及来压时动载系数的大小;垮落带最大发育高度为8.0～10.0m,覆岩离层最大发育高度为23m.该研究成果为指导采空区高位钻孔及地面井瓦斯抽采参数设计提供了重要的理论依据.

摘要：针对豫西煤田煤层赋存情况及地质状况,设计了被保护层的卸压抽采方案及考察钻孔,对瓦斯基础参数和二1煤层的煤层顶底板移近量进行了测定。研究结果表明,二1煤层在受到保护层开采后,煤层瓦斯压力由原始的0.9MPa降为0.12MPa,原始瓦斯含量由以前的6.52m3/t降为3.1m3/t,顶底板膨胀变形量达到20.6‰,煤层透气性系数增大了810倍,在卸压区内完全消除了二1煤层12112工作面的突出危险性。