摘要：长期以来，煤矿瓦斯是煤矿井下事故的主要隐患，至今也不能达到完全杜绝瓦斯事故的目的。而其中煤与瓦斯突出事故占了很大比重，开采保护层是各国采用的防止突出的主要区域性措施。

　　关键字：煤与瓦斯突出，保护层，层间距 一.保护层开采的原则开采的保护层是各国采用的防止突出的主要区域性措施。所谓保护层，一般是指在突出矿井的煤层群中首先进行开采的非突出危险煤层，开采保护层后，对有突出危险的煤层产生保护的作用，使之消除或减少突出的危险性，达到防止煤与瓦斯突出的目的。

　　根据保护层的位置不同，可分为上保护层和下保护层。位于被保护层上部的称上保护层，反之称下保护层。

　　根据保护层与突出层之间的垂直距离(h)，可分为近距离，中距离和远距离保护层。

　　近距离保护层： h≤10m

　　中距离保护层： 10m

　　远距离保护层： h≥50m

　　在选择保护层时，应优先选择上保护层，没有条件时，也可选择下保护层，但是开采下保护层，不得破坏被保护层的开采条件。

　　开采下保护层时，上部被保护层不致破坏的最小层间距离可用下式确定。

　　当α≤60o时， hmin≥KMcosα

　　当α>60o时， hmin≥KMcosα/2

　　式中hmin—允许采用的最小层间距离，m;

　　M—保护层开采厚度，m;

　　α—煤层倾角，(o)

　　K—取决于煤层厚度和顶板管理方法的系数，K=4,6,8,10。

　　如煤层群中所有煤层均为突出危险层，则应当开采突出危险性最小的煤层，或者首先开采能最有效地实施综合防突措施和能保证邻近层得到最大面积保护的煤层。

　　煤层群中的煤层可以实行下行开采，上行开采和混合开采的顺序，煤层群的开采顺序应以使大多数突出煤层都能得到保护作用为原则。 二.上保护层(一)开采保护层的基本规律

　　保护层开采后，被保护层的应力变形状态和瓦斯动力参数发生变化，其沿走向可划分为四个带：1正常应力带(瓦斯自然涌出带);2集中应力带或支撑压力带(瓦斯涌出着力带);3保护带或卸压带(瓦斯涌出活跃带);4应力恢复带(瓦斯涌出衰竭带)。

　　在卸压带内，由于压力已传递给此带以外的岩层承受，煤层即产生卸压作用，煤体产生膨胀变形，透气性增加，瓦斯解吸，瓦斯压力急剧下降，流量不断上升。由于此带中瓦斯涌出活跃，最宜用钻孔抽放瓦斯。

　　在垂直层面方向，开采保护层后，开采层周围的岩层和煤层向采空区移动变形，在采空区上方形成冒落拱，压力则传递给采空区以外的岩层承受。在采空区直接影响范围内，在煤层和岩层内，原有的天然裂缝扩大，并产生新的裂缝，使被保护层和岩层的通透性增大数十至数百倍。这些裂缝中有部分是垂直层面的，在离保护层一定距离内，裂缝能彼此贯通至保护层采空区，提供了被保护层解吸瓦斯涌向保护层采空区的通道。

　　根据保护层周围岩层和煤层的岩石移动强度(即其卸压程度)，在保护层垂直层面方向可划分为三个带，如下表所列。 序号 带 距保护层距离h/m 裂缝特性 瓦斯排放性 残余瓦斯压力 瓦斯量比值 下保护层 上保护层 下保护层 上保护层 1 混乱移动带 ≤10 ≤10 形成层间纵横交错的互相沟通的裂缝系统 瓦斯顺层间裂缝充分排放至保护层 Pc=0—0.2MPa 7.2 3.85—4.3 2 岩石完整性破坏的移动带 10—50 10—30 有一些裂缝沟通层间岩层，具有一定的阻力 瓦斯顺层间裂缝排放至保护层 Pc=f(h) 2.5 1.5 3 岩层弯曲带(弹塑性变形带) 50—80 30—40 无沟通层间的裂缝，形成离层空洞与裂缝 瓦斯沿被保护层层内裂缝排放，不涌向保护层 Pc=f(Po+L) (二)开采保护层防止突出原理

研究证明，保护层开采后，被保护层的应力变形状态，煤结构和瓦斯动力参数将放生显著的变化。在时间上，卸压作用是最先出现的，卸压过程甚至有时在保护层工作面前方10—20m处开始，一般在工作面后方膨胀变形速度加快时，瓦斯动力参数才发生变化。其防止煤与瓦斯突出的原理可用下图表示：

　　从以上分析表明，尽管保护层作用是卸压和排放瓦斯的综合作用结果，但卸压作用是引起其他因素变化的依据，卸压是首要的，起决定性的。

　　因此，只要突出层受到一定的卸压作用，煤体结构，瓦斯动力参数便可发生如上顺序的变化。在层间距离较远(但要在有效层间垂距范围内)，中间有坚硬岩层的情况下，突出煤层的卸压，煤层及其围岩透气性的增加是无疑的，只是瓦斯自然排放困难一些，但从前两个因素的变化来讲，都是有利于消除突出危险性的。因此，即使不能完全消除突出危险性，也会有所下降。

　　在开采上保护层时，煤和岩石的膨胀变形依靠弹性恢复，其完整性没有遭受严重的破坏。因此，当地压恢复到危险值，而突出危险曾又未充分排瓦斯时，可能重新出现突出的危险性。

　　(三)有效保护范围的确定

　　(1)保护作用的有效垂距：急倾斜煤层40m，缓倾斜煤层30m。

　　(2)保护层沿走向的最小超前距应为层间垂距的2倍，且不得小于40m。

　　(3)保护层始采线，采止线处的超前距离为0.55—0.67倍的层间距，相应于沿走向的卸压角56o—61o。

　　(4)沿顺向的保护范围：在被保护层，沿倾向的保护范围可按卸压角确定。 三.下保护层(一)基本规律及防突原理

　　开采下保护层的基本规律与防突原理和开采上保护层相同。

　　在开采下保护层时，由于岩体完整性的破坏，并发生瓦斯排放，因此开采下保护层时保护作用不取决于保护层的开采时间。

　　(二)有效保护范围的确定

　　(1)保护作用的有效垂距：急倾斜煤层50m，缓倾斜和倾斜煤层80m。

　　(2)沿走向的最小超前距：始采线，采止线的超前距离等参数与采上保护层相同。

　　(3)沿顺向的保护范围：在被保护层，沿倾向的保护范围可按卸压角确定。 四.保护层开采结合瓦斯抽放在我国的生产实践中，已把开采保护层结合抽放瓦斯作为一项综合性措施来运用，但是在不同的条件下，抽放瓦斯的作用是不相同的。

　　在层间垂距小于30—50m，层间没有较厚的硬岩层的情况下，突出层卸压后，大量瓦斯将通过层间裂隙涌向保护层的开采空间，从而引起瓦斯超限，在开采近距离保护层时，采区瓦斯涌出量可达15m3/min。由于保护层薄，这样大的瓦斯涌出量是难以用现有的通风方法来稀释的。尤其在开采近距离上保护层，还可能发生采空区底板突然鼓起，并伴随大量瓦斯涌出，可见，这时抽放保护层的卸压瓦斯是为了保护层回风巷瓦斯不超限和不发生底板突然鼓起以保证保护层的安全生产。

　　层间垂距虽小于30—50m，但层间有较厚的硬岩层，瓦斯自然排放条件差，残余瓦斯压力高，为了加速与扩大保护作用，应配合人工抽放瓦斯。

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