高瓦斯突出煤層底抽巷合理布置研究
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摘 要：本文結合實際案例，對底抽巷層位和距離布置問題展開了分析。根據分析結果可知，結合底板最大破壞深度進行底抽巷層位布置，并在確認巷道開挖期間周圍巖體應力分布變化基礎上實現底抽巷水平距離布置，能夠在10d內達到抽采要求，并保證施工安全。
關鍵詞：高瓦斯突出煤層；底抽巷；最大破壞深度
針對高瓦斯突出煤層進行開采，需要采用巷道抽采技術進行瓦斯治理。采用底抽巷進行預抽采，能夠將上部煤層和采空區提前預抽，使煤層充分卸壓，并對鄰近煤層外涌入進行攔截。而在實際應用底抽巷時，還要實現底抽巷合理布置。
1 工作面概況
某采煤工作面位于高瓦斯突出區域，共包含5層可采煤層，分別為M2、M5、M8、M9、M12，首采煤層為M2，具有較強煤層吸附能力，帶有透氣性差的特點，原本瓦斯含量24.5m3/t，瓦斯壓力達5.02MPa。采煤工作面與采空區相鄰，煤層厚在1.7-3.0m范圍內，平均能夠達到2.5m，擁有3°傾角，處于350-420m的埋深位置，走向和傾向長分別為152m和1250m。結合采煤層特點，計劃采用底抽巷抽采技術對煤層瓦斯預抽進行強化。在回采期間，將沿著空留巷實現Y型通風布置，利用底抽巷對工作面瓦斯涌出問題進行處理。
2 高瓦斯突出煤層底抽巷合理布置
在高瓦斯突出煤層采用底抽巷抽采技術，想要對工作面及巷道瓦斯治理效果進行保證，還要完成底抽巷層面和距離的合理布置。在實踐工作中，需要結合實際情況加強底抽巷層位和距離分析。
2.1 層位布置分析
結合底抽巷布置要求可知，由于工作面底抽巷不僅在煤層瓦斯預抽中使用，同時也在回采期作為回風巷使用，所以不能將層位布置過深或過淺，以免出現穿層割縫鉆孔工程量大或突出煤層突破巖柱的問題[1]。此外，還應避免底抽巷在回采底板破壞深度內，以免給后期巷道維護帶來困難，造成風道堵塞等情況的發生。所以在實際進行突出煤層外掘進巷道布置時，應在距離煤層最小法向距不超過10m位置時，采用邊探邊掘方式，使最小法向距至少達到5m。在水力割縫穿層鉆孔時，應保證傾角至少達到18°。而底抽巷層位距煤層底板的距離，應至少達到回采期底板最大破壞深度。實際在確定底板最大破壞深度時，可以采用FLAC3D有限差分析軟件完成相應模型的建立，得到240m×260m×150m的模型。在回采巷和工作面寬分別為5m和150m的條件下，需要在兩側進行50m沒柱的預留，從而消除邊界效應[2]。通過對抽采巷受采動應力的分布規律進行分析，可以得到工作面最大底板破壞深達13.82m。考慮到層位過低容易引起鉆孔工作量增加，因此還應在距離煤層底板14m的位置進行底抽巷布置。在M2煤層從該層位進行挖底抽巷時，結合工作面地質應力條件，模型在不平衡系數不超過10-5的條件下處于平衡狀態。通過對工作面開挖過程進行模擬發現，按照每天割煤深度達3m的標準，進尺回采3m，然后完成一次平衡模擬，可以發現在開挖53m后底板發生破壞，而繼續回采不會出現底板破壞深度向下延伸的問題，此時破壞深度達13m。由此可見，在距離煤層底板14m位置布置底抽巷，能夠保證施工安全。
2.2 距離布置分析
在確定底抽巷層位后，需要對其距離軌道巷的水平距離展開分析。在分析過程中，需要對巷道開挖造成的周圍巖體應力分布變化進行確認。采用有限差分析軟件模擬開挖給巖體應力分布帶來的劇烈影響可以發現，開挖造成上覆巖石荷載轉移至兩幫。在應力集中的情況下，頂底板得以卸壓。在應力集中系數超出1.5的條件下，應力將重新分布，距離5m巷道兩幫均滿足這一條件，受到了較大影響?？紤]到應力疊加問題，還應使兩巷道水平距離至少達到10m。根據應力分布影響范圍，同時結合水力割縫鉆孔最小傾角，可以對底抽巷布置范圍進行確認。為避免底抽巷在開挖期間因層位加大出現水平間距增加問題，導致鉆孔工作量增加，還要在底抽巷距兩幫水平距10m位置實現巷道布置，此時底抽巷距離運輸巷水平距離達125m。
2.3 布置效果確認
采用底抽巷抽采技術，能夠對現回采工作面內煤層實施超前預抽，使采掘期間工作面內瓦斯涌出量得到減少。針對高瓦斯突出煤層，需要在回采期獲得明顯的瓦斯治理效果。按照上述結果進行現場布置，水力割縫鉆孔有效抽采半徑達4m。在工作面鉆孔布置上，回采巷道兩幫控制距離為15m，按照每排7個鉆孔、排間距6m×6m方式進行布置，使鉆孔成扇形分布。而鉆孔見煤點間距達5.8m，鉆孔最小傾角18°。在施工期間，對工作面回采前后底抽巷底板位移進行監測，可以發現底板變形量能夠控制在2cm，給底抽巷帶來的擾動較小。伴隨著工作面的不斷推進，煤壁前支撐應力向底板傳遞，造成工作面前49m位置出現底抽巷變形量變大問題。在采空區壓實后，原巖應力狀態才得以恢復。從底抽巷頂底板移動情況來看，移近量峰值約達19cm，能夠保持相對穩定，滿足通風要求。采用混凝土塊實現巷旁支護，能夠使頂底板變形量控制在15cm左右。從施工效果來看，在10d內達到抽采要求，同時使原本巷道得到保留。
3 結論
實際采用底抽巷抽采技術進行高瓦斯突出煤層工作面瓦斯治理，需要實現底抽巷合理布置才能保證瓦斯治理效果和采煤工作安全。從案例分析結果來看，需要把握抽采巷受采動應力的分布規律，結合底板最大破壞深度實現底抽巷層位的合理布置。在此基礎上，需要對巷道開挖造成的周圍巖體應力分布變化進行確認，進行底抽巷距離軌道巷的水平距離布置，繼而實現工作面安全高效回采。
參考文獻：
[1]韓睿鋒.官地煤礦22611工作面底抽巷抽采技術應用[J].山西冶金，2018，41（05）：127-129.
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