1)保護(hù)層的確定
(1)保護(hù)層的性質(zhì)
開采保護(hù)層是防治煤與瓦斯突出最簡單、最有效、最可靠的區(qū)域性防突措施。開采保護(hù)層后，保護(hù)層上下圍巖向采空區(qū)移動，采空區(qū)上方巖體冒落并形成自然冒落拱，下方巖體向采空區(qū)膨脹并形成裂隙，被保護(hù)層中彈性潛能得以釋放，巖石和被保護(hù)層的地應(yīng)力降低;同時(shí)被保護(hù)層透氣性系數(shù)大大增加，有利于抽采瓦斯，降低煤層瓦斯壓力;此外還能改變被保護(hù)層的物理力學(xué)性質(zhì)，增強(qiáng)煤體抗破壞能力，從而達(dá)到防止煤與瓦斯突出的目。
(2)保護(hù)層的選擇
根據(jù)《煤礦安全規(guī)程》第一百九十二、一百九十三、一百九十四條之規(guī)定，對于有突出危險(xiǎn)煤層，應(yīng)采取開采保護(hù)層或預(yù)抽煤層瓦斯等區(qū)域性防治突出措施;在突出礦井開采煤層群時(shí)，應(yīng)優(yōu)先選擇開采保護(hù)層防治突出措施;選擇保護(hù)層應(yīng)遵循下列原則：一是優(yōu)先選擇無突出危險(xiǎn)煤層作為保護(hù)層、礦井所有煤層都有突出危險(xiǎn)時(shí)應(yīng)選擇危險(xiǎn)程度較小的煤層作保護(hù)層，二是應(yīng)優(yōu)先選擇上保護(hù)層、選擇下保護(hù)層時(shí)，不得破壞被保護(hù)層的開采條件。
由于在地質(zhì)勘探階段未提供各煤層突出危險(xiǎn)程度的資料，因此，本設(shè)計(jì)根據(jù)該礦井煤層賦存條件及確定的煤層開采順序(即首先開采17煤層，再開采19煤層)，將首先開采的17煤層作為19煤層的保護(hù)層。本礦井開中厚煤層，其中17煤層平均厚度1.67m，19煤層平均厚度2.8m,,平均層間距27.32m，符合開采中距離上保護(hù)層的條件。
2)保護(hù)層作用有效范圍的圈定。
(1)保護(hù)層與被保護(hù)層之間的有效垂距
根據(jù)《防治煤與瓦斯突出細(xì)則》第40條，保護(hù)層的開采厚度等于或小于0.5m、上保護(hù)層與突出煤層間距大于50m 或下保護(hù)層與突出煤層間距大于80 時(shí)，都必須對保護(hù)層的保護(hù)效果進(jìn)行檢驗(yàn)。檢驗(yàn)應(yīng)在被保護(hù)層中掘進(jìn)巷道時(shí)進(jìn)行，檢驗(yàn)方法按照《細(xì)則》第35 條規(guī)定的方法進(jìn)行。如果各項(xiàng)測定指標(biāo)都降到該煤層突出危險(xiǎn)臨界值以下，則認(rèn)為保護(hù)層開采有效;反之，認(rèn)為無效。
17煤層與19煤層層間距在27.32m左右，保護(hù)層與被保護(hù)層之間的垂距在有效垂距范圍內(nèi)。
(2)沿走向的保護(hù)范圍
本設(shè)計(jì)根據(jù)《防治煤與瓦斯突出實(shí)施細(xì)則》第48條，在保護(hù)層工作面開采結(jié)束3個(gè)月后，且卸壓比較充分，巖層移動基本穩(wěn)定的情況下，按56o卸壓角劃定沿走向的保護(hù)范圍，如插圖5-3-2所示。
插圖5-3-2 17煤層保護(hù)層沿走向的保護(hù)范圍示意圖
(3)沿傾斜的保護(hù)范圍
本設(shè)計(jì)根據(jù)《防治煤與瓦斯突出實(shí)施細(xì)則》第48條，選取沿工作面傾斜方向上、下方的卸壓角分別為δ3=75°、δ4=75°。因此，沿傾斜方向的保護(hù)范圍，如圖5-3-3所示。
圖5-3-3 17煤層保護(hù)層沿傾斜方向保護(hù)邊界示意圖
3)開采保護(hù)層的幾個(gè)技術(shù)問題。
(1)主要巷道布置位置
主要巷道布置在19煤層底板巖層中，距19煤層底板法線距離17~27m，在施工過程中，加強(qiáng)巷道導(dǎo)向，防止誤穿煤層。
(2)井巷揭穿突出煤層地點(diǎn)的選擇
根據(jù)經(jīng)驗(yàn)，井巷揭穿突出煤層的危險(xiǎn)性非常大，因此選擇揭穿突出煤層的位置非常重要。首先揭煤地點(diǎn)應(yīng)盡量避開斷層、褶皺等地質(zhì)構(gòu)造帶，其次應(yīng)盡量選擇在受到保護(hù)的區(qū)域揭穿突出煤層，避開采掘工作面前方的應(yīng)力集中地帶。
本井田內(nèi)采區(qū)巷道揭穿煤層地點(diǎn)為各區(qū)段軌道石門和回風(fēng)石門。揭煤地點(diǎn)應(yīng)避開地質(zhì)構(gòu)造復(fù)雜和破碎地帶。
(3)在有抽放瓦斯系統(tǒng)的礦井開采保護(hù)層應(yīng)同時(shí)抽放被保護(hù)層瓦斯
為提高保護(hù)層的卸壓保護(hù)效果，設(shè)計(jì)考慮了對被保護(hù)層瓦斯的卸壓抽放措施。抽放鉆孔布置參數(shù)見本章第五節(jié)。
(4)保護(hù)層的有效保護(hù)范圍及有關(guān)參數(shù)的確定
17煤層作為19煤層的保護(hù)層進(jìn)行開采后，必須及時(shí)繪制保護(hù)關(guān)系圖并按規(guī)定程序進(jìn)行審批。劃定保護(hù)范圍的卸壓角必須在實(shí)際工作中考察確定，在取得實(shí)際考察數(shù)據(jù)之前，可按“防突細(xì)則”取值：走向方向卸壓角為56°，傾斜方向上、下方的卸壓角分別為δ3=75°、δ4=75°。在被保護(hù)層中進(jìn)行采掘時(shí)，對保護(hù)范圍進(jìn)行效果檢驗(yàn)。
(5)保護(hù)層的回采工作面與被保護(hù)層的掘進(jìn)工作面超前距離的確定
根據(jù)《防治煤與瓦斯突出實(shí)施細(xì)則》的規(guī)定，為了保證被保護(hù)層掘進(jìn)工作面的安全，保護(hù)層回采工作面必須超前被保護(hù)層的掘進(jìn)工作面，其超前距離不得小于保護(hù)層與被保護(hù)層層間垂距的兩倍，并不得小于30m。
(6)突出煤層中防止在應(yīng)力集中的影響范圍內(nèi)布置采掘工作面
在井巷距貫通點(diǎn)30m前，只允許其中一個(gè)掘進(jìn)工作面作業(yè)，必須停止另一個(gè)掘進(jìn)工作面作業(yè);雙巷掘進(jìn)的，其中一個(gè)掘進(jìn)工作面作業(yè)時(shí)，必須停止另一個(gè)工作面掘進(jìn);同區(qū)段內(nèi)，上層煤層回采時(shí)，下層煤層不得掘進(jìn)作業(yè)。
(7)開采保護(hù)層，一般不留煤柱，留煤柱應(yīng)采取的措施
保護(hù)層中盡可能少留或不留煤柱。采掘過程中所留煤柱必須及時(shí)填圖。在煤柱影響區(qū)進(jìn)行采掘前，必須首先采取消突措施，并經(jīng)效果檢驗(yàn)有效消防突出危險(xiǎn)后方可采取安全防護(hù)措施進(jìn)行作業(yè)。在回撤煤柱區(qū)內(nèi)支架時(shí)，必須執(zhí)行“四位一體”的防突措施，防止垮塌誘發(fā)突出。
(8)在突出煤層或瓦斯噴出區(qū)域掘進(jìn)工作面的通風(fēng)方式或局部通風(fēng)機(jī)選擇
巷道掘進(jìn)工作面全部實(shí)行獨(dú)立通風(fēng)，采用局部扇風(fēng)機(jī)壓入式供風(fēng)，利用礦井主扇全壓回風(fēng)。達(dá)產(chǎn)時(shí)全礦共布置2個(gè)掘進(jìn)工作面，每個(gè)掘進(jìn)工作面配備局部通風(fēng)機(jī)2臺，1臺運(yùn)行、1臺備用。此外每個(gè)掘進(jìn)工作面采用雙電源供電，掘進(jìn)工作面使用的設(shè)備滿足“三專兩閉鎖”(專用變壓器、專用開關(guān)、專用回路，風(fēng)電閉鎖、瓦斯電閉鎖)的要求，雙局扇實(shí)現(xiàn)自動切換，掘進(jìn)工作面風(fēng)筒具有抗靜電、阻燃性能。
(9)井巷揭穿突出煤層前通風(fēng)系統(tǒng)和通風(fēng)設(shè)施及采區(qū)上山布置方式選擇
在生產(chǎn)過程中，石門揭穿突出煤層前，必須首先形成全負(fù)壓通風(fēng)系統(tǒng)。根據(jù)《防治煤與瓦斯突出細(xì)則》第95條的要求，在突出危險(xiǎn)區(qū)石門揭煤時(shí)必須在掘進(jìn)工作面的進(jìn)風(fēng)側(cè)設(shè)置反向風(fēng)門，以控制突出時(shí)的瓦斯能沿回風(fēng)道流入回風(fēng)系統(tǒng)。反向風(fēng)門應(yīng)設(shè)在圍巖堅(jiān)固、無積水、支護(hù)完好、無拐彎的平巷內(nèi)，反向風(fēng)門的數(shù)量為兩道。反向風(fēng)門墻垛可用磚或混凝土砌筑，嵌入巷道周邊巖石的深度不得小于0.2m，墻垛厚度不得小于0.8m。門框和門可采用堅(jiān)實(shí)的木質(zhì)結(jié)構(gòu)，門框厚度不得小于100mm，風(fēng)門厚度不得小于50mm，風(fēng)門的橫梢不少于三根。兩道風(fēng)門之間的距離不得小于4m。每道反向風(fēng)門都必須有牢固的底坎。不過車的風(fēng)門，其底坎要求在反向風(fēng)門關(guān)閉后能將其抵牢;過車門的底坎高度以不影響通車為限。每次放炮之前，施工隊(duì)的班長負(fù)責(zé)關(guān)閉反向風(fēng)門并用料石或木料等物將反向門支撐好，使反向風(fēng)門受突出壓力時(shí)底邊有較強(qiáng)的承壓能力。在巷道掘進(jìn)施工完畢后，應(yīng)及時(shí)撤除反向風(fēng)門，以完善巷道的暢通性。
本礦井采用走向長壁采煤法，采區(qū)內(nèi)設(shè)置有軌道上下山、專用回風(fēng)上山。上山均布置在煤層底板巖層中，其中回風(fēng)上山貫通整個(gè)采區(qū)，嚴(yán)禁一段進(jìn)風(fēng)、一段回風(fēng)。防突工作面回風(fēng)系統(tǒng)保持暢通，不設(shè)控風(fēng)設(shè)施。
(10)其它應(yīng)注意的問題
本礦井作為保護(hù)層開采的17煤層其本身具有煤與瓦斯突出危險(xiǎn)性。在保護(hù)層中進(jìn)行采掘前，必須采取掘進(jìn)條帶預(yù)抽、回采范圍網(wǎng)格預(yù)抽、順層鉆孔邊采邊抽的綜合抽放方法;經(jīng)預(yù)抽后，煤層瓦斯含量必須降到8.0m3/t以下或煤層瓦斯壓力降到0.74MPa以下，經(jīng)有資質(zhì)的單位進(jìn)行消突效果評估達(dá)到消突效果后，方可進(jìn)行采掘作業(yè)。在保護(hù)層中進(jìn)行采掘時(shí)，必須采取“四位一體”的綜合防突措施。
在未開采上覆17煤層的區(qū)域內(nèi)開采19煤層時(shí)，必須采取掘進(jìn)條帶預(yù)抽、回采范圍網(wǎng)格預(yù)抽、順層鉆孔邊采邊抽的綜合抽放方法;經(jīng)預(yù)抽后，煤層瓦斯含量必須降到8.0m3/t以下或煤層瓦斯壓力降到0.74MPa以下，經(jīng)有資質(zhì)的單位進(jìn)行消突效果評估達(dá)到消突效果后，方可進(jìn)行采掘作業(yè)。在煤層中進(jìn)行采掘時(shí)，必須采取“四位一體”的綜合防突措施。
