突出煤層底板抽放巷布置優(yōu)化及應(yīng)用

李 想 邵遠洋 王海存

(1.河南能源義煤公司工程質(zhì)量監(jiān)督站；2.河南能源義煤公司常村煤礦)

突出煤層底板抽放巷布置優(yōu)化及應(yīng)用

李 想1邵遠洋2王海存2

(1.河南能源義煤公司工程質(zhì)量監(jiān)督站；2.河南能源義煤公司常村煤礦)

為合理選擇底板抽放巷的層位以保證瓦斯抽放效果及降低巷道維修費用，根據(jù)實際地質(zhì)條件，采用數(shù)值模擬方法合理確定底板抽放巷與煤層間的垂距、平距及布置方式，運用理論分析得出12021軌道順槽底板抽放巷采用垂距8～10 m、平距6 m的內(nèi)錯布置方式。通過鉆孔瓦斯抽放量、區(qū)域防突效果及前探鉆檢驗底板抽放巷穿層預(yù)抽瓦斯抽放效果，結(jié)果顯示：瓦斯抽放總量為23.27萬m3，抽放率達到30%，順槽掘進期間，采場殘余瓦斯含量為6.5 m3/t，小于7 m3/t的指標(biāo)臨界值，底板穿層鉆孔抽放效果較好。

突出煤層 底板抽放巷 層位 瓦斯治理 數(shù)值模擬

新義煤礦為煤與瓦斯突出礦井，井田范圍內(nèi)只有二1煤層可采，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預(yù)抽消突。由于底板抽放巷圍巖要經(jīng)歷掘進期間應(yīng)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引起的動壓以一定的方式向煤層底板進行傳遞，導(dǎo)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，合理選擇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。

1 礦井地質(zhì)概況

新義煤礦屬新安煤田，一水平標(biāo)高為-305 m，埋深達到700 m，井田內(nèi)可采煤層僅有山西組的二1煤，二1煤層厚度變化大，厚0～15.47 m，平均為4.81 m，平均傾角為5°，煤體極其松軟，硬度系數(shù)平均僅為0.2，屬大采深三軟煤層。煤層偽頂為泥巖和炭質(zhì)泥巖，厚0～1.3 m，局部發(fā)育；直接頂為砂質(zhì)泥巖，厚2～6 m，不穩(wěn)定；老頂為細砂巖或中砂巖，厚度大于6 m；直接底為粉砂巖，厚6～10 m；老底為硅質(zhì)泥巖，平均厚2.5 m，硬度系數(shù)f>10。礦井煤層絕對瓦斯涌出量為21.71 m3/min，相對瓦斯涌出量為9.38 m3/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。

2 底抽巷布置

2.1 層位及垂距的選擇

根據(jù)12021工作面的狀況，在煤層底板存在一層較穩(wěn)定的粉砂巖，平均厚8 m，老底為硅質(zhì)泥巖，硬度大，不易布置底抽巷，所以，考慮到巖層層位、煤層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6～10 m的安全距離。

2.2 內(nèi)外錯布置選擇

由于工作面北部為井田邊界，底板抽放巷內(nèi)錯布置時，當(dāng)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，選擇為內(nèi)錯布置。

2.3 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(yù)抽瓦斯的效果密切相關(guān)，只是影響程度有所不同。采動后的煤層滲透系數(shù)急劇增加，瓦斯?jié)B流速度增大，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。12021工作面軌道順槽底板抽放巷道前方10 m、迎頭正上方和迎頭后方10 m的煤層采動位移見圖1。

通過tecplot軟件導(dǎo)出的煤層位移曲線見圖2。當(dāng)分析斷面在底抽巷迎頭后方10 m時，上部煤層卸壓比較充分，煤層最大垂直位移量為3.6 mm；當(dāng)距離底抽巷中線15 m左右時，煤層垂直位移有減緩的趨勢；當(dāng)分析斷面在底抽巷迎頭正上方時，上部煤層卸壓略弱于-10 m處的影響程度，此時煤層最大垂直位移量為1.7 mm；當(dāng)距離底抽巷中線10 m左右時，煤層垂直位移有減緩的趨勢；當(dāng)分析斷面距離底抽巷迎頭正前方10 m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0.3 mm。由此可知：底抽巷對欲掘進12021工作面軌道順槽位置附近的煤層卸壓作用有利于穿層鉆孔瓦斯抽放及掩護煤巷的安全快速掘進，對于頂部的煤層卸壓和防治瓦斯突出，起到了積極的作用。并且可知，底抽巷離煤層底板垂距為10 m時，底抽巷距離煤層順槽的水平距離應(yīng)盡量在10 m，此時，底板抽放巷道對煤層的卸壓作用最強烈且施工穿層鉆孔的長度比較合理。因此，平距選為6 m 是合適的。

圖1 距離底板抽放巷迎頭不同位置時的煤層位移

圖2 煤層位移關(guān)系曲線

2.4 底抽巷的布置形式

12021工作面軌道順槽底抽巷設(shè)計長度627 m，布置在二1煤層底板的粉砂巖中，與軌道順槽呈內(nèi)錯布置，錯距為6 m。掘進過程中巷道頂板距二1煤層底板保留8～10 m的安全巖柱，設(shè)計長度為579.3 m。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(yù)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30 m布置1個鉆場，在鉆場內(nèi)布置鉆孔，進行沖孔并連管預(yù)抽軌道順槽瓦斯。

圖3 12021軌道順槽底抽巷布置示意

3 底抽巷防突設(shè)計

12021軌道順槽區(qū)域防突措施采用穿層鉆孔預(yù)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(shè)計如下：

(1)鉆孔控制范圍?？刂葡锏纼蓭透?5 m，總控制寬度為36 m，兩鉆場間距為30 m，鉆孔控制交叉距為5 m，控制長度為35 m，則措施孔控制范圍為36 m×35 m。

(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 d的有效影響半徑在6～8 m。因此，在軌道順槽兩幫15 m范圍內(nèi)，采用間距6 m 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(shè)計方式分2種：①有鉆場的巷道段，每個鉆場內(nèi)布置7排、6列，共42個孔，孔徑為133 mm；②沒有鉆場的巷道段，在正巷每6 m布置1列鉆孔，每列7個鉆孔。穿層施工鉆孔布置見圖4。

4 應(yīng)用效果

通過從底板抽放巷穿層鉆孔瓦斯抽放量、區(qū)域防突效果及前探鉆3個方面檢驗底板抽放巷穿層預(yù)抽瓦斯抽放效果。

(1)12021工作面軌道順槽底板預(yù)抽巷在抽的鉆孔個數(shù)為880個，其中控制到工作面回采區(qū)域的鉆孔個數(shù)為264個，穿層條帶預(yù)抽鉆孔6個月平均抽放量為0.003 4 m3/min，順層條帶預(yù)抽鉆孔6個月平均抽放量為0.002 6 m3/min，控制到12021工作面回采區(qū)域抽出的瓦斯總量為23.27萬m3，抽放率達到30%，抽放效果較好。

(2)穿層條帶預(yù)抽鉆孔預(yù)抽時間達到3個月后方可進行區(qū)域防突措施的效果檢驗，采用HFJ-5型瓦斯解析儀檢驗殘存煤層瓦斯含量，指標(biāo)臨界值為7 m3/t。區(qū)域效檢鉆孔布置原則是等距離，盡可能遠離穿層條帶預(yù)抽措施鉆孔，且盡可能選擇措施鉆孔密度較小的區(qū)域。沿條帶工作面長度方向每間隔30～50 m布置一個區(qū)域效檢鉆孔。通過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30 m)，得出15次殘余瓦斯含量的平均結(jié)果為6.5 m3/t，區(qū)域效檢達標(biāo)。

(3)12021掘進工作面區(qū)域效果檢驗指標(biāo)達標(biāo)，還必須在工作面掘進前在正頭布置3個前探鉆孔驗證。驗證孔深60 m，鉆孔控制到順槽兩幫輪廓線外15m，掘進過程中保證前探鉆孔超前距不小于20 m，在12021軌道順槽掘進施工驗證孔過程中正常排粉，沒有出現(xiàn)夾鉆、頂鉆、噴孔等異常情況，因而區(qū)域防突措施有效。

圖4 穿層施工鉆孔布置(單位：m)

5 結(jié) 論

(1)根據(jù)新義煤礦的實際瓦斯地質(zhì)條件，運用理論分析對底抽巷布置進行了詳細分析，采用12021軌道順槽底抽巷為垂距8～10 m、平距6 m的內(nèi)錯布置方式。軌道順槽底板巷每隔30 m 布置1個鉆場，在鉆場內(nèi)布置鉆孔，采取瓦斯抽放+水力沖孔的方法連管預(yù)抽軌道順槽瓦斯。

(2)底板抽放巷6個月抽放瓦斯總量23.27萬m3，抽放率達到30%；順槽掘進期間，平均殘余瓦斯含量為6.5 m3/t，小于7 m3/t的指標(biāo)臨界值，底板穿層鉆孔抽放效果較好，有效地保證了巷道快速、安全掘進。

2014-08-10)

李 想(1989—)，男，助理工程師，472300 河南省義馬市銀杏路銀杏國際7號樓。