賀西煤礦高抽巷設(shè)計(jì)及瓦斯治理效果分析

朱艷星

（山西汾西礦業(yè)（集團(tuán)）有限責(zé)任公司賀西煤礦，山西 柳林 033300）

汾西礦業(yè)集團(tuán)賀西煤礦主采上組煤即3號(hào)、4號(hào)煤層，但未對(duì)3號(hào)煤層頂板采動(dòng)裂隙帶發(fā)育情況進(jìn)行過詳細(xì)的研究，高位鉆場(chǎng)層位布置也大多依靠現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際經(jīng)驗(yàn)進(jìn)行確定，缺乏合理的理論支撐。掌握煤層群開采卸壓瓦斯運(yùn)移規(guī)律，優(yōu)化高抽巷布置參數(shù)與瓦斯抽采參數(shù)，最終形成近距離突出煤層群采動(dòng)裂隙帶瓦斯綜合高效抽采技術(shù)體系，提高抽采效率，對(duì)實(shí)現(xiàn)采空區(qū)和采動(dòng)卸壓瓦斯高效抽采和保證回采工作面安全生產(chǎn)具有十分重要的意義[1]。

1 礦井概述

山西汾西礦業(yè)(集團(tuán))有限責(zé)任公司賀西煤礦（以下簡(jiǎn)稱賀西煤礦），位于山西省呂梁市柳林縣陳家灣鄉(xiāng)賀家社村，距柳林縣城15km。礦井面積18.909km2，后備規(guī)劃區(qū)29.371km2，現(xiàn)核定生產(chǎn)能力為2.40Mt/a，現(xiàn)主采3號(hào)、4號(hào)煤層，煤層傾角2～8°。工作面采用綜合機(jī)械化采煤工藝，采煤方法采用走向長(zhǎng)壁后退式，頂板管理采用全部垮落法處理采空區(qū)頂板。

根據(jù)山西省煤炭工業(yè)廳文件確認(rèn)的2015年度礦井瓦斯等級(jí)鑒定結(jié)果，2015年賀西煤礦絕對(duì)瓦斯涌出量76.09m3/min，相對(duì)瓦斯涌出量23.36m3/t，為煤與瓦斯突出礦井，近兩年賀西煤礦瓦斯等級(jí)鑒定情況見表1。

表1 賀西煤礦歷年瓦斯等級(jí)鑒定結(jié)果

（1）3號(hào)煤層

賦存于山西組中部，煤層厚度1.5～2.71m，平均1.82m，上距K4砂巖平均38.40m，厚度變化不大。煤層中一般不含夾矸，局部有夾矸1層，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，夾矸為泥巖或炭質(zhì)泥巖。頂板巖性多為泥巖，個(gè)別為中、細(xì)粒砂巖，底板巖性多為泥巖及砂質(zhì)泥巖。為全井田可采的穩(wěn)定煤層。

（2）4上煤層

賦存于山西組中下部，煤層厚度0～1.78m，平均0.76m，上距3號(hào)煤層平均7.76m。該煤層在井田的中北部與4號(hào)煤層合并。結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，不含夾矸。頂板以泥巖和砂質(zhì)泥巖為主，底板為泥巖、砂質(zhì)泥巖。為大部分可采的較穩(wěn)定煤層。

（3）4號(hào)煤層

賦存于山西組下部，上距4上煤層平均5.54m，下距K3砂巖平均21.05m，煤層厚度0.35～4.59m，平均2.26m。井田中北部與4上煤層有小面積的合并區(qū)，其余大面積為分叉區(qū)。結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，局部含一層夾矸。頂板多為細(xì)砂巖、砂質(zhì)泥巖、泥巖，底板多為粉砂巖、泥巖。

（4）3#、4#煤層瓦斯參數(shù)

3#、4#煤層瓦斯參數(shù)見表1。

表1 3#、4#煤層瓦斯參數(shù)表

2 “三帶”分析及計(jì)算

工作面推進(jìn)后采空區(qū)頂板冒落在豎直方向上形成三帶，即冒落帶、裂隙帶和彎曲下沉帶。冒落帶內(nèi)的巖石破碎成塊狀，巖塊間排列無序，間隙較大，瓦斯與大量空氣混合，此帶內(nèi)的瓦斯?jié)舛容^低。裂隙帶位于冒落帶的上方，此帶內(nèi)的巖層受到冒落帶巖塊的支撐作用，破斷后巖塊排列仍然較整齊，但會(huì)形成較多的順層及穿層裂隙，由于瓦斯密度小在空氣中上浮，采空區(qū)瓦斯將會(huì)沿著這些裂隙運(yùn)移、富集。此帶內(nèi)的瓦斯含量大，濃度高，應(yīng)將抽采工程布置在此帶內(nèi)。

賀西煤礦為典型煤層群開采條件，實(shí)際從上至下依次回采3、4、8上、8、10號(hào)煤層。根據(jù)煤層賦存情況，全井田范圍內(nèi)3號(hào)煤層平均厚度1.82m，3號(hào)與4號(hào)煤層平均層間距為13.3m。上組煤3號(hào)、4號(hào)采用下行式煤層開采順序，采用綜采一次采全高采煤工藝，頂板管理為全部垮落法。

3號(hào)煤層工作面平均厚度1.72m。頂板多為泥巖，局部為砂質(zhì)泥巖；底板多為砂質(zhì)泥巖，局部為炭質(zhì)泥巖、泥巖、細(xì)砂巖。頂?shù)装宥酁橛矌r，故把M=1.72m帶入表2中硬巖煤層覆巖垮落高度計(jì)算公式計(jì)算得到頂板垮落帶高度為6.27～14.54m，平均10.4m，把M=1.72m帶入表3硬巖煤層導(dǎo)水裂隙帶高度計(jì)算公式計(jì)算得到裂隙帶高度為33.42～51.22m，平均42.32m。

表2 綜放開采垮落高度計(jì)算公式

表3 厚煤層分層開采導(dǎo)水裂隙帶高度計(jì)算公式

4號(hào)煤層工作面累計(jì)平均厚度4.12m。頂板多為細(xì)砂巖、砂質(zhì)泥巖、泥巖，底板多為粉砂巖、泥巖。故把M=4.12m帶入表4中硬煤層覆巖垮落高度計(jì)算公式計(jì)算得到頂板垮落帶高度為14.21～19.21m，平均16.71m。

由于3號(hào)與4號(hào)煤層平均層間距為13.3m，4號(hào)煤層的垮落帶高度為14.21～19.21m，平均16.71m，大于3號(hào)與4號(hào)煤層間距。當(dāng)下煤層的垮落帶高度接觸或進(jìn)入上煤層范圍時(shí)，上煤層按其自身厚度計(jì)算，下煤層按上下開采的綜合開采厚度Mz1-2進(jìn)行計(jì)算，取最大值作為兩層煤開采后的倒水裂隙帶最大高度。帶入公式2.1可以算得Mz1-2=5.3m。故把Mz1-2=5.3m帶入表2中硬煤層高強(qiáng)度開采覆巖垮落高度計(jì)算公式計(jì)算得到頂板垮落帶高度為17.74～30.54m，平均24.14m，把Mz1-2=5.3m帶入表3中硬煤層綜放開采導(dǎo)水裂隙帶高度計(jì)算公式計(jì)算得到裂隙帶高度為47.33～73.85m，平均60.59m。

表4 厚煤層分層開采垮落高度計(jì)算

綜合開采厚度Mz1-2：

式中：

M1—m1厚度，m；

M2—m2厚度，m；

h1-2—m1和m2之間的法線距離，m；

y2—下煤層的冒高和采高之比。

3 高抽巷設(shè)計(jì)方案

高抽巷瓦斯抽放技術(shù)原理：在工作面回采前，在工作面上隅角上方裂隙帶布置高抽巷，隨著工作面的開采，直接頂初次來壓后，工作面附近的圍巖的瓦斯平衡被破壞，在工作面風(fēng)流作用下，附近圍巖的瓦斯沿頂板裂隙流向采空區(qū)，而在布置高抽巷后，高抽巷可將這部分瓦斯抽出，從而解決工作面上隅角及回風(fēng)巷道瓦斯超限的問題。

賀西煤礦3316工作面回采期間，預(yù)測(cè)最大絕對(duì)瓦斯涌出量28.36m3/min，最大相對(duì)涌出量為8.98m3/t。根據(jù)相鄰3312工作面回采期間，上隅角瓦斯?jié)舛葴y(cè)定，在采取本煤層抽放和采空區(qū)抽放等措施后，仍然會(huì)出現(xiàn)上隅角瓦斯?jié)舛冗^高甚至瓦斯超限狀態(tài)，影響正常生產(chǎn)，預(yù)計(jì)3316工作面回采期間上隅角瓦斯?jié)舛茸畲髸?huì)超過0.78%，依然面臨回采期間上隅角瓦斯?jié)舛瘸迒栴}，需要增加工作面瓦斯抽放能力，降低回風(fēng)巷及上隅角瓦斯?jié)舛取＞?316工作面頂板25m處，巖性為砂質(zhì)泥巖，沒有含水層，可以在此范圍內(nèi)掘進(jìn)一條高抽巷。為降低3316工作面回采期間回風(fēng)巷及上隅角瓦斯?jié)舛龋乐股嫌缃峭咚钩奘鹿拾l(fā)生，保證3316工作面安全高效回采。

4 高抽巷設(shè)計(jì)

4.1 影響高抽巷瓦斯抽放效果的主要因素

（1）高抽巷的層位是否位于采空區(qū)上方裂隙帶；

（2）高抽巷與回風(fēng)巷的平距（中-中）要控制合理，距離太近容易造成巷道漏氣嚴(yán)重，距離太遠(yuǎn)高抽巷不能處于采空區(qū)上方的瓦斯聚集區(qū)域，抽采效果差；

（3）高抽巷是否密閉嚴(yán)實(shí)；

（4）抽放口距離閉墻位置是否合理，一般距離閉墻墻面不小于2m，高度不小于巷道2/3，且抽放口不能有雜物。

4.2 高抽巷層位的選擇

根據(jù)3316工作面頂板巖性及煤層跨落帶、裂隙帶與采高的關(guān)系得：

式中：

M—系數(shù)，取M=3.5。

因此決定高抽巷的層位布置在距煤層頂板30m處，正好處在裂隙帶內(nèi)。

一般高抽巷要由回風(fēng)巷向里內(nèi)錯(cuò)15～20m，如果高抽巷與回風(fēng)巷的水平距離過小，則保證不了高抽巷的密閉性，抽放效果不好；如果高抽巷與回風(fēng)巷的水平距離過大，則高抽巷不在高瓦斯區(qū)域，只能抽出少量的瓦斯，所以取高抽巷與回風(fēng)巷的水平距離為17m。

4.3 高抽巷的施工

3316高抽巷施工過程中，需要隨時(shí)掌握層位關(guān)系，而層位的控制是一個(gè)難點(diǎn)，主要通過以下幾點(diǎn)進(jìn)行控制：（1）根據(jù)3312、3314高抽巷施工情況推斷3316高抽巷施工坡度；（2）通過標(biāo)高對(duì)比，腰線輔助控制，嚴(yán)禁出現(xiàn)急上山或者急下山等；（3）通過揭露的巖層性質(zhì)及煤線情況，推斷層間距的厚度。在整個(gè)3316高抽巷的施工過程中必須做好前后巖性的統(tǒng)計(jì)和分析，全盤考慮，否則很難準(zhǔn)確地判斷層間距及巖性情況。日常工作中填好圖，對(duì)工作面出現(xiàn)的情況必須及時(shí)記錄上圖，為以后的安全施工提供技術(shù)保障。在關(guān)鍵點(diǎn)上必須盯牢，根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際情況制定安全合理的技術(shù)措施。特別是巷道開口、變坡點(diǎn)、頂板破碎、過斷層等條件下施工時(shí)必須跟住現(xiàn)場(chǎng)，做好現(xiàn)場(chǎng)的把控，保證能安全順利的施工。高抽巷在掘進(jìn)過程中遇到斷層落差時(shí)，施工人員應(yīng)有判斷地質(zhì)構(gòu)造的能力和應(yīng)急處置的能力，并及時(shí)作出針對(duì)性的措施。

圖1 高抽巷設(shè)計(jì)平面示意圖

4.4 密閉及抽采管路

在3316高抽巷安設(shè)2路直徑250mm的焊接管，管路接至高抽巷以里100m，抽放口周圍5m架設(shè)木垛保護(hù)。管路接好后，在高抽巷外口砌筑2道封閉墻，墻間距550mm，兩墻之間用水泥砂漿充填實(shí)，封閉墻墻垛用瓦石砌筑，墻垛厚度不得＜800mm，墻四周要掏槽，并使幫、頂接實(shí)，墻面要抹嚴(yán)不漏風(fēng)。

5 結(jié)語

通過合理的計(jì)算，確定了3316工作面高抽巷的布置位置，經(jīng)現(xiàn)場(chǎng)對(duì)上隅角瓦斯?jié)舛冗M(jìn)行觀測(cè)，觀測(cè)結(jié)果表明，在工作面回采期間，上隅角瓦斯?jié)舛染幱?.43%以下，可以完全滿足工作面生產(chǎn)過程中上隅角的瓦斯治理，實(shí)現(xiàn)工作面的安全生產(chǎn)，也為具有類似條件的工作面的高抽巷布置提供一定的技術(shù)借鑒。