突出煤層底板抽放巷優(yōu)化布置及其應(yīng)用研究

肖樂(lè)軍

（鄭煤集團(tuán)嵩陽(yáng)公司生產(chǎn)技術(shù)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(kāi)始實(shí)施的《防治煤與瓦斯突出規(guī)定》的有關(guān)要求，針對(duì)礦井的實(shí)際開(kāi)采情況，提出“區(qū)域防突措施先行、局部防突措施補(bǔ)充”和“不掘突出頭、不采突出面”的理念，強(qiáng)調(diào)突出煤層必須采取區(qū)域綜合防突措施，加大對(duì)瓦斯突出的治理力度，并且達(dá)到規(guī)定標(biāo)準(zhǔn)后方可進(jìn)行作業(yè)[1-4]。 由于礦井井田范圍內(nèi)只有二1 煤層可采，所以不具備開(kāi)采保護(hù)層實(shí)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(duì)煤層瓦斯進(jìn)行預(yù)抽進(jìn)行消突。 由于底板抽放巷從開(kāi)始掘進(jìn)直到廢棄， 周?chē)鷩鷰r要經(jīng)歷掘進(jìn)期間應(yīng)力重新分布及回采期間動(dòng)壓的影響，尤其是在工作面回采過(guò)程中，回采引起的動(dòng)壓以一定的方式向煤層底板進(jìn)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，合理選著底板抽放巷的層位對(duì)保證瓦斯抽放效果及降低巷道維修費(fèi)用具有重要的意義。

2 礦井地質(zhì)概況

新義公司井田屬新安煤田， 一水平標(biāo)高-305m， 埋深達(dá)到700m， 井田內(nèi)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(nèi)急劇變化的特點(diǎn)。 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(zhì)泥巖，厚度0-1.3m，局部發(fā)育；直接頂為砂質(zhì)泥巖，厚度2-6m，不穩(wěn)定；老頂為細(xì)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(zhì)泥巖，平均厚度2.5m，硬度系數(shù)f＞10。 礦井煤層絕對(duì)瓦斯涌出量為21.71m3/min， 相對(duì)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(xiǎn)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(shí)際地質(zhì)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(zhì)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(jìn)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(nèi)外錯(cuò)布置選擇

由于工作面北部為井田邊界，而且底板抽放巷內(nèi)錯(cuò)布置時(shí)，當(dāng)工作面采過(guò)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(hù)。 所以，將底抽巷布置選擇為內(nèi)錯(cuò)布置。

3.1.3 底抽巷平距的選擇

實(shí)踐表明，煤層透氣性系數(shù)、鉆孔抽采負(fù)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。 經(jīng)過(guò)采動(dòng)過(guò)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(shí)， 要充分考慮到底抽巷對(duì)欲掘進(jìn)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(jìn)[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(jìn)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(dòng)影響情況。

圖1 距離底板抽放巷迎頭不同位置時(shí)的煤層位移

通過(guò)tecplot 軟件導(dǎo)出的煤層的位移數(shù)據(jù)分析可得圖2。 當(dāng)分析斷面在底抽巷迎頭后方10m 時(shí)，上部煤層卸壓比較充分，煤層最大垂直位移量為4.1mm；當(dāng)距離底抽巷中線(xiàn)15m 左右時(shí)，煤層垂直位移有減緩的傾向。當(dāng)分析斷面在底抽巷迎頭正上方時(shí)，上部煤層卸壓略弱于-10m 時(shí)的影響程度，此時(shí)煤層最大垂直位移量為2.3mm；當(dāng)距離底抽巷中線(xiàn)10m 左右時(shí)，煤層垂直位移有減緩的傾向。當(dāng)分析斷面距離底抽巷迎頭正前方10m 時(shí)，上部煤層基本不受采動(dòng)影響，煤層垂直位移很小，此時(shí)煤層最大垂直位移量為0.7mm。 所以底抽巷對(duì)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(shí)，底抽巷距離煤層順槽的水平距離應(yīng)盡量在10m 范圍之內(nèi)， 因?yàn)榇藭r(shí)，底板抽放巷道對(duì)煤層的卸壓作用最強(qiáng)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(shè)計(jì)長(zhǎng)度627m， 布置在二1煤層底板的粉砂巖中，與軌道順槽呈內(nèi)錯(cuò)布置，錯(cuò)距（中—中）6m。 掘進(jìn)過(guò)程中巷道頂板距二1 煤層底板保持8-10m 的安全巖柱，設(shè)計(jì)長(zhǎng)度579.3m。如圖3 為12021 工作面軌道順槽底抽巷的實(shí)際布置情況。 其主要作用是通過(guò)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(jìn)。軌道順槽底板巷每隔30m 布置1 個(gè)鉆場(chǎng)，在鉆場(chǎng)內(nèi)布置鉆孔，進(jìn)行沖孔并連管預(yù)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(shè)計(jì)及其應(yīng)用

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(jì)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(chǎng)間距為30m，鉆孔控制交叉距為5m，控制長(zhǎng)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(yàn)，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(nèi)，采用間距6m 的網(wǎng)格式?jīng)_孔＋抽放鉆孔（鉆孔間距為終孔點(diǎn)間距）。 根據(jù)底板巷掘進(jìn)進(jìn)度，穿層鉆孔施工設(shè)計(jì)方式分兩種，具體如下：

1）有鉆場(chǎng)的巷道段鉆孔布置。每個(gè)鉆場(chǎng)內(nèi)布置7 排、6 列，共42 個(gè)孔，孔徑133mm，具體施工見(jiàn)圖4 所示。

2）沒(méi)有鉆場(chǎng)的巷道段鉆孔布置。 在正巷每6m 布置1 列鉆孔，每列7 個(gè)鉆孔，具體施工見(jiàn)圖5 所示。

圖4 有鉆場(chǎng)鉆孔布置示意圖

圖5 無(wú)鉆場(chǎng)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(jìn)過(guò)程中煤體殘余瓦斯含量及瓦斯涌出量三個(gè)方面檢驗(yàn)抽放效果。 （1）對(duì)現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，鉆場(chǎng)中鉆孔控制交叉距為5m，抽放時(shí)間為兩個(gè)月，共抽放瓦斯量為21.3×104m3，抽放率達(dá)到50%，效果較好；（2）對(duì)軌道順槽掘進(jìn)期間煤壁前方殘余瓦斯含量進(jìn)行測(cè)定（共測(cè)15 個(gè)循環(huán)，每個(gè)循環(huán)的進(jìn)尺為30m），所測(cè)15 次殘余瓦斯含量的平均結(jié)果為6.5m3.t-1；（3）掘進(jìn)過(guò)程中，順槽掘進(jìn)頭的瓦斯?jié)舛葹?.5%.通過(guò)以上數(shù)據(jù)表明，新義煤礦12021工作面軌道順槽進(jìn)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(jìn)。

5 結(jié)論

（1）根據(jù)新義煤礦的實(shí)際瓦斯地質(zhì)條件，運(yùn)用理論對(duì)底抽巷在新義煤礦的布置進(jìn)行了詳細(xì)分析， 得出新義煤礦12021 軌道順槽底抽巷為內(nèi)錯(cuò)、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(duì)于條件類(lèi)似礦井的瓦斯治理具有借鑒及指導(dǎo)意義。

[1]國(guó)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(guó)礦業(yè)大學(xué)出版社，1992.

[3]程遠(yuǎn)平，等.中國(guó)煤礦瓦斯抽采技術(shù)的發(fā)展[J].采礦與安全工程學(xué)報(bào)，2009，29（2），127～139.

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