突出煤層底板抽放巷優(yōu)化布置及其應用研究

肖樂軍

（鄭煤集團嵩陽公司生產(chǎn)技術處，河南 鄭州 452470）

1 概述

新義煤礦為煤與瓦斯突出礦井， 根據(jù)2009年開始實施的《防治煤與瓦斯突出規(guī)定》的有關要求，針對礦井的實際開采情況，提出“區(qū)域防突措施先行、局部防突措施補充”和“不掘突出頭、不采突出面”的理念，強調突出煤層必須采取區(qū)域綜合防突措施，加大對瓦斯突出的治理力度，并且達到規(guī)定標準后方可進行作業(yè)[1-4]。 由于礦井井田范圍內只有二1 煤層可采，所以不具備開采保護層實現(xiàn)區(qū)域消突的條件，只能采取布置底板抽放巷，利用穿層鉆孔對煤層瓦斯進行預抽進行消突。 由于底板抽放巷從開始掘進直到廢棄， 周圍圍巖要經(jīng)歷掘進期間應力重新分布及回采期間動壓的影響，尤其是在工作面回采過程中，回采引起的動壓以一定的方式向煤層底板進行傳遞， 導致底板巷道圍巖重新分布，從而引起巷道圍巖持續(xù)變形。 而且底板抽放巷與煤層間的垂距、 平距等參數(shù)直接影響到穿層鉆孔的工程量及瓦斯抽放效果，所以，合理選著底板抽放巷的層位對保證瓦斯抽放效果及降低巷道維修費用具有重要的意義。

2 礦井地質概況

新義公司井田屬新安煤田， 一水平標高-305m， 埋深達到700m， 井田內可采煤層僅有山西組的二1 煤， 其它煤層均不可采。 二1 煤層厚度變化大，具有短距離內急劇變化的特點。 煤層厚度0～15.47m，平均4.81m，煤層平均傾角5°，煤體極其松軟，硬度系數(shù)f 值平均僅0.2，屬大采深三軟煤層。 煤層偽頂為泥巖和炭質泥巖，厚度0-1.3m，局部發(fā)育；直接頂為砂質泥巖，厚度2-6m，不穩(wěn)定；老頂為細砂巖或中砂巖，厚度≥6m；直接底為粉砂巖，厚度6-10m；老底為硅質泥巖，平均厚度2.5m，硬度系數(shù)f＞10。 礦井煤層絕對瓦斯涌出量為21.71m3/min， 相對瓦斯涌出量9.38m3/t，為煤與瓦斯突出礦井，二1 煤塵有爆炸危險性，屬不易自燃煤層。

3 新義煤礦底抽巷布位置選擇

3.1 底抽巷位置選擇的理論依據(jù)

3.1.1 層位及垂距的選擇

12021 工作面實際地質情況是在煤層底板存在一層比較穩(wěn)定的粉砂巖，厚度平均約為8m，老底為硅質泥巖，硬度大，不易布置底抽巷。 所以，考慮到巖層層位、與煤層的安全距離及巷道掘進的難易程度，將底抽巷布置在粉砂巖層中，與煤層底板保持6-10m 的安全距離。

3.1.2 內外錯布置選擇

由于工作面北部為井田邊界，而且底板抽放巷內錯布置時，當工作面采過后，底抽巷處于采空區(qū)下方，巷道始終處于卸壓狀態(tài)，利于底抽巷的維護。 所以，將底抽巷布置選擇為內錯布置。

3.1.3 底抽巷平距的選擇

實踐表明，煤層透氣性系數(shù)、鉆孔抽采負壓、鉆孔密度等因素與煤層預抽瓦斯的效果密切相關，只是影響程度有所不同。 經(jīng)過采動過后的煤層，煤層的滲透系數(shù)急劇增加，煤層瓦斯?jié)B流速度增大，瓦斯涌出量也隨之增加。 因此，在選擇底抽巷水平距離時， 要充分考慮到底抽巷對欲掘進煤巷位置及其附近的卸壓作用，卸壓越充分越有利于瓦斯抽放及煤巷的安全快速掘進[5]。

圖1 為在數(shù)值模擬環(huán)境下12021 工作面軌道順槽底板抽放巷道掘進后， 在已掘底抽巷前方10m、 迎頭正上方和迎頭后方10m 的未采煤層的采動影響情況。

圖1 距離底板抽放巷迎頭不同位置時的煤層位移

通過tecplot 軟件導出的煤層的位移數(shù)據(jù)分析可得圖2。 當分析斷面在底抽巷迎頭后方10m 時，上部煤層卸壓比較充分，煤層最大垂直位移量為4.1mm；當距離底抽巷中線15m 左右時，煤層垂直位移有減緩的傾向。當分析斷面在底抽巷迎頭正上方時，上部煤層卸壓略弱于-10m 時的影響程度，此時煤層最大垂直位移量為2.3mm；當距離底抽巷中線10m 左右時，煤層垂直位移有減緩的傾向。當分析斷面距離底抽巷迎頭正前方10m 時，上部煤層基本不受采動影響，煤層垂直位移很小，此時煤層最大垂直位移量為0.7mm。 所以底抽巷對于頂部的煤層卸壓和防治瓦斯突出，起到了積極的作用。并且由圖可知，在底抽巷布置在10m 時，底抽巷距離煤層順槽的水平距離應盡量在10m 范圍之內， 因為此時，底板抽放巷道對煤層的卸壓作用最強烈。 因此，新義煤礦將平距選為6m 的安全值是合適的。

圖2 煤層位移

3.2 新義煤礦底抽巷的布置形式

12021 工作面軌道順槽底抽巷設計長度627m， 布置在二1煤層底板的粉砂巖中，與軌道順槽呈內錯布置，錯距（中—中）6m。 掘進過程中巷道頂板距二1 煤層底板保持8-10m 的安全巖柱，設計長度579.3m。如圖3 為12021 工作面軌道順槽底抽巷的實際布置情況。 其主要作用是通過穿層鉆孔預抽軌道順槽條帶煤層瓦斯，保證12021 軌道順槽安全掘進。軌道順槽底板巷每隔30m 布置1 個鉆場，在鉆場內布置鉆孔，進行沖孔并連管預抽皮帶順槽瓦斯。

圖3 12021 軌道順槽底抽巷布置示意圖

4 新義煤礦底抽巷防突設計及其應用

12021 軌道順槽區(qū)域防突措施采用穿層鉆孔預抽煤巷條帶煤層瓦斯+水力沖孔卸壓增透區(qū)域防突措施，具體設計如下：

（1）鉆孔控制范圍。 控制巷道兩幫各15m，總控制寬度36m，兩鉆場間距為30m，鉆孔控制交叉距為5m，控制長度為35m。 則措施孔控制范圍為36×35m。

（2）孔底間排距及鉆孔數(shù)量。 根據(jù)水力沖孔經(jīng)驗，鉆孔水力沖孔后近3 天的有效影響半徑在6m—8m 之間。 因此，在軌道順槽兩幫15m 范圍內，采用間距6m 的網(wǎng)格式?jīng)_孔＋抽放鉆孔（鉆孔間距為終孔點間距）。 根據(jù)底板巷掘進進度，穿層鉆孔施工設計方式分兩種，具體如下：

1）有鉆場的巷道段鉆孔布置。每個鉆場內布置7 排、6 列，共42 個孔，孔徑133mm，具體施工見圖4 所示。

2）沒有鉆場的巷道段鉆孔布置。 在正巷每6m 布置1 列鉆孔，每列7 個鉆孔，具體施工見圖5 所示。

圖4 有鉆場鉆孔布置示意圖

圖5 無鉆場鉆孔布置示意圖

從底板抽放巷穿層鉆孔瓦斯抽放量、12021 工作面軌道順槽掘進過程中煤體殘余瓦斯含量及瓦斯涌出量三個方面檢驗抽放效果。 （1）對現(xiàn)場檢測數(shù)據(jù)進行分析，鉆場中鉆孔控制交叉距為5m，抽放時間為兩個月，共抽放瓦斯量為21.3×104m3，抽放率達到50%，效果較好；（2）對軌道順槽掘進期間煤壁前方殘余瓦斯含量進行測定（共測15 個循環(huán)，每個循環(huán)的進尺為30m），所測15 次殘余瓦斯含量的平均結果為6.5m3.t-1；（3）掘進過程中，順槽掘進頭的瓦斯?jié)舛葹?.5%.通過以上數(shù)據(jù)表明，新義煤礦12021工作面軌道順槽進行底板抽放巷穿層鉆孔抽放瓦斯的效果比較理想，有效地保證了巷道快速、安全掘進。

5 結論

（1）根據(jù)新義煤礦的實際瓦斯地質條件，運用理論對底抽巷在新義煤礦的布置進行了詳細分析， 得出新義煤礦12021 軌道順槽底抽巷為內錯、垂距為8-10m、平距為6m 的布置方式。

（2）新義煤礦采取“瓦斯抽放+水力沖孔”的工程方法，取得了良好的抽放效果， 對于條件類似礦井的瓦斯治理具有借鑒及指導意義。

[1]國家煤礦安全監(jiān)察局.煤礦安全規(guī)程[M].北京:煤炭工業(yè)出版社，2009.

[2]俞啟香.礦井瓦斯防治[M].徐州:中國礦業(yè)大學出版社，1992.

[3]程遠平，等.中國煤礦瓦斯抽采技術的發(fā)展[J].采礦與安全工程學報，2009，29（2），127～139.

[4]張志鵬.底板巷穿層孔預抽瓦斯區(qū)域防突技術研究[D].焦作:河南理工大學，2011.