1)保護層的確定
(1)保護層的性質(zhì)
開(kāi)采保護層是防治煤與瓦斯突出最簡(jiǎn)單、最有效、最可靠的區域性防突措施。開(kāi)采保護層后，保護層上下圍巖向采空區移動(dòng)，采空區上方巖體冒落并形成自然冒落拱，下方巖體向采空區膨脹并形成裂隙，被保護層中彈性潛能得以釋放，巖石和被保護層的地應力降低;同時(shí)被保護層透氣性系數大大增加，有利于抽采瓦斯，降低煤層瓦斯壓力;此外還能改變被保護層的物理力學(xué)性質(zhì)，增強煤體抗破壞能力，從而達到防止煤與瓦斯突出的目。
(2)保護層的選擇
根據《煤礦安全規程》第一百九十二、一百九十三、一百九十四條之規定，對于有突出危險煤層，應采取開(kāi)采保護層或預抽煤層瓦斯等區域性防治突出措施;在突出礦井開(kāi)采煤層群時(shí)，應優(yōu)先選擇開(kāi)采保護層防治突出措施;選擇保護層應遵循下列原則：一是優(yōu)先選擇無(wú)突出危險煤層作為保護層、礦井所有煤層都有突出危險時(shí)應選擇危險程度較小的煤層作保護層，二是應優(yōu)先選擇上保護層、選擇下保護層時(shí)，不得破壞被保護層的開(kāi)采條件。
由于在地質(zhì)勘探階段未提供各煤層突出危險程度的資料，因此，本設計根據該礦井煤層賦存條件及確定的煤層開(kāi)采順序(即首先開(kāi)采17煤層，再開(kāi)采19煤層)，將首先開(kāi)采的17煤層作為19煤層的保護層。本礦井開(kāi)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(kāi)采中距離上保護層的條件。
2)保護層作用有效范圍的圈定。
(1)保護層與被保護層之間的有效垂距
根據《防治煤與瓦斯突出細則》第40條，保護層的開(kāi)采厚度等于或小于0.5m、上保護層與突出煤層間距大于50m 或下保護層與突出煤層間距大于80 時(shí)，都必須對保護層的保護效果進(jìn)行檢驗。檢驗應在被保護層中掘進(jìn)巷道時(shí)進(jìn)行，檢驗方法按照《細則》第35 條規定的方法進(jìn)行。如果各項測定指標都降到該煤層突出危險臨界值以下，則認為保護層開(kāi)采有效;反之，認為無(wú)效。
17煤層與19煤層層間距在27.32m左右，保護層與被保護層之間的垂距在有效垂距范圍內。
(2)沿走向的保護范圍
本設計根據《防治煤與瓦斯突出實(shí)施細則》第48條，在保護層工作面開(kāi)采結束3個(gè)月后，且卸壓比較充分，巖層移動(dòng)基本穩定的情況下，按56o卸壓角劃定沿走向的保護范圍，如插圖5-3-2所示。
插圖5-3-2 17煤層保護層沿走向的保護范圍示意圖
(3)沿傾斜的保護范圍
本設計根據《防治煤與瓦斯突出實(shí)施細則》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，沿傾斜方向的保護范圍，如圖5-3-3所示。
圖5-3-3 17煤層保護層沿傾斜方向保護邊界示意圖
3)開(kāi)采保護層的幾個(gè)技術(shù)問(wèn)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(xiàn)距離17~27m，在施工過(guò)程中，加強巷道導向，防止誤穿煤層。
(2)井巷揭穿突出煤層地點(diǎn)的選擇
根據經(jīng)驗，井巷揭穿突出煤層的危險性非常大，因此選擇揭穿突出煤層的位置非常重要。首先揭煤地點(diǎn)應盡量避開(kāi)斷層、褶皺等地質(zhì)構造帶，其次應盡量選擇在受到保護的區域揭穿突出煤層，避開(kāi)采掘工作面前方的應力集中地帶。
本井田內采區巷道揭穿煤層地點(diǎn)為各區段軌道石門(mén)和回風(fēng)石門(mén)。揭煤地點(diǎn)應避開(kāi)地質(zhì)構造復雜和破碎地帶。
(3)在有抽放瓦斯系統的礦井開(kāi)采保護層應同時(shí)抽放被保護層瓦斯
為提高保護層的卸壓保護效果，設計考慮了對被保護層瓦斯的卸壓抽放措施。抽放鉆孔布置參數見(jiàn)本章第五節。
(4)保護層的有效保護范圍及有關(guān)參數的確定
17煤層作為19煤層的保護層進(jìn)行開(kāi)采后，必須及時(shí)繪制保護關(guān)系圖并按規定程序進(jìn)行審批。劃定保護范圍的卸壓角必須在實(shí)際工作中考察確定，在取得實(shí)際考察數據之前，可按“防突細則”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°。在被保護層中進(jìn)行采掘時(shí)，對保護范圍進(jìn)行效果檢驗。
(5)保護層的回采工作面與被保護層的掘進(jìn)工作面超前距離的確定
根據《防治煤與瓦斯突出實(shí)施細則》的規定，為了保證被保護層掘進(jìn)工作面的安全，保護層回采工作面必須超前被保護層的掘進(jìn)工作面，其超前距離不得小于保護層與被保護層層間垂距的兩倍，并不得小于30m。
(6)突出煤層中防止在應力集中的影響范圍內布置采掘工作面
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);同區段內，上層煤層回采時(shí)，下層煤層不得掘進(jìn)作業(yè)。
(7)開(kāi)采保護層，一般不留煤柱，留煤柱應采取的措施
保護層中盡可能少留或不留煤柱。采掘過(guò)程中所留煤柱必須及時(shí)填圖。在煤柱影響區進(jìn)行采掘前，必須首先采取消突措施，并經(jīng)效果檢驗有效消防突出危險后方可采取安全防護措施進(jìn)行作業(yè)。在回撤煤柱區內支架時(shí)，必須執行“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域掘進(jìn)工作面的通風(fēng)方式或局部通風(fēng)機選擇
巷道掘進(jìn)工作面全部實(shí)行獨立通風(fēng)，采用局部扇風(fēng)機壓入式供風(fēng)，利用礦井主扇全壓回風(fēng)。達產(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2臺，1臺運行、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)工作面使用的設備滿(mǎn)足“三專(zhuān)兩閉鎖”(專(zhuān)用變壓器、專(zhuān)用開(kāi)關(guān)、專(zhuān)用回路，風(fēng)電閉鎖、瓦斯電閉鎖)的要求，雙局扇實(shí)現自動(dòng)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)系統和通風(fēng)設施及采區上山布置方式選擇
在生產(chǎn)過(guò)程中，石門(mén)揭穿突出煤層前，必須首先形成全負壓通風(fēng)系統。根據《防治煤與瓦斯突出細則》第95條的要求，在突出危險區石門(mén)揭煤時(shí)必須在掘進(jìn)工作面的進(jìn)風(fēng)側設置反向風(fēng)門(mén)，以控制突出時(shí)的瓦斯能沿回風(fēng)道流入回風(fēng)系統。反向風(fēng)門(mén)應設在圍巖堅固、無(wú)積水、支護完好、無(wú)拐彎的平巷內，反向風(fēng)門(mén)的數量為兩道。反向風(fēng)門(mén)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(mén)框和門(mén)可采用堅實(shí)的木質(zhì)結構，門(mén)框厚度不得小于100mm，風(fēng)門(mén)厚度不得小于50mm，風(fēng)門(mén)的橫梢不少于三根。兩道風(fēng)門(mén)之間的距離不得小于4m。每道反向風(fēng)門(mén)都必須有牢固的底坎。不過(guò)車(chē)的風(fēng)門(mén)，其底坎要求在反向風(fēng)門(mén)關(guān)閉后能將其抵牢;過(guò)車(chē)門(mén)的底坎高度以不影響通車(chē)為限。每次放炮之前，施工隊的班長(cháng)負責關(guān)閉反向風(fēng)門(mén)并用料石或木料等物將反向門(mén)支撐好，使反向風(fēng)門(mén)受突出壓力時(shí)底邊有較強的承壓能力。在巷道掘進(jìn)施工完畢后，應及時(shí)撤除反向風(fēng)門(mén)，以完善巷道的暢通性。
本礦井采用走向長(cháng)壁采煤法，采區內設置有軌道上下山、專(zhuān)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，嚴禁一段進(jìn)風(fēng)、一段回風(fēng)。防突工作面回風(fēng)系統保持暢通，不設控風(fēng)設施。
(10)其它應注意的問(wèn)題
本礦井作為保護層開(kāi)采的17煤層其本身具有煤與瓦斯突出危險性。在保護層中進(jìn)行采掘前，必須采取掘進(jìn)條帶預抽、回采范圍網(wǎng)格預抽、順層鉆孔邊采邊抽的綜合抽放方法;經(jīng)預抽后，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)行消突效果評估達到消突效果后，方可進(jìn)行采掘作業(yè)。在保護層中進(jìn)行采掘時(shí)，必須采取“四位一體”的綜合防突措施。
在未開(kāi)采上覆17煤層的區域內開(kāi)采19煤層時(shí)，必須采取掘進(jìn)條帶預抽、回采范圍網(wǎng)格預抽、順層鉆孔邊采邊抽的綜合抽放方法;經(jīng)預抽后，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。
