高瓦斯突出煤層底抽巷合理布置研究

       針對高瓦斯突出煤層進(jìn)行開采，需要采用巷道抽采技術(shù)進(jìn)行瓦斯治理。采用底抽巷進(jìn)行預(yù)抽采，能夠?qū)⑸喜棵簩雍筒煽諈^(qū)提前預(yù)抽，使煤層充分卸壓，并對鄰近煤層外涌入進(jìn)行攔截。而在實(shí)際應(yīng)用底抽巷時，還要實(shí)現(xiàn)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(qū)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(qiáng)煤層吸附能力，帶有透氣性差的特點(diǎn)，原本瓦斯含量24.5m3/t，瓦斯壓力達(dá)5.02MPa。采煤工作面與采空區(qū)相鄰，煤層厚在1.7-3.0m范圍內(nèi)，平均能夠達(dá)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(jié)合采煤層特點(diǎn)，計劃采用底抽巷抽采技術(shù)對煤層瓦斯預(yù)抽進(jìn)行強(qiáng)化。在回采期間，將沿著空留巷實(shí)現(xiàn)Y型通風(fēng)布置，利用底抽巷對工作面瓦斯涌出問題進(jìn)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(shù)，想要對工作面及巷道瓦斯治理效果進(jìn)行保證，還要完成底抽巷層面和距離的合理布置。在實(shí)踐工作中，需要結(jié)合實(shí)際情況加強(qiáng)底抽巷層位和距離分析。
　　2.1 層位布置分析
　　結(jié)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(yù)抽中使用，同時也在回采期作為回風(fēng)巷使用，所以不能將層位布置過深或過淺，以免出現(xiàn)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(yīng)避免底抽巷在回采底板破壞深度內(nèi)，以免給后期巷道維護(hù)帶來困難，造成風(fēng)道堵塞等情況的發(fā)生。所以在實(shí)際進(jìn)行突出煤層外掘進(jìn)巷道布置時，應(yīng)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(dá)到5m。在水力割縫穿層鉆孔時，應(yīng)保證傾角至少達(dá)到18°。而底抽巷層位距煤層底板的距離，應(yīng)至少達(dá)到回采期底板最大破壞深度。實(shí)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(yīng)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(cè)進(jìn)行50m沒柱的預(yù)留，從而消除邊界效應(yīng)[2]。通過對抽采巷受采動應(yīng)力的分布規(guī)律進(jìn)行分析，可以得到工作面最大底板破壞深達(dá)13.82m。考慮到層位過低容易引起鉆孔工作量增加，因此還應(yīng)在距離煤層底板14m的位置進(jìn)行底抽巷布置。在M2煤層從該層位進(jìn)行挖底抽巷時，結(jié)合工作面地質(zhì)應(yīng)力條件，模型在不平衡系數(shù)不超過10-5的條件下處于平衡狀態(tài)。通過對工作面開挖過程進(jìn)行模擬發(fā)現(xiàn)，按照每天割煤深度達(dá)3m的標(biāo)準(zhǔn)，進(jìn)尺回采3m，然后完成一次平衡模擬，可以發(fā)現(xiàn)在開挖53m后底板發(fā)生破壞，而繼續(xù)回采不會出現(xiàn)底板破壞深度向下延伸的問題，此時破壞深度達(dá)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(yīng)力分布變化進(jìn)行確認(rèn)。采用有限差分析軟件模擬開挖給巖體應(yīng)力分布帶來的劇烈影響可以發(fā)現(xiàn)，開挖造成上覆巖石荷載轉(zhuǎn)移至兩幫。在應(yīng)力集中的情況下，頂?shù)装宓靡孕秹骸Ｔ趹?yīng)力集中系數(shù)超出1.5的條件下，應(yīng)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。考慮到應(yīng)力疊加問題，還應(yīng)使兩巷道水平距離至少達(dá)到10m。根據(jù)應(yīng)力分布影響范圍，同時結(jié)合水力割縫鉆孔最小傾角，可以對底抽巷布置范圍進(jìn)行確認(rèn)。為避免底抽巷在開挖期間因?qū)游患哟蟪霈F(xiàn)水平間距增加問題，導(dǎo)致鉆孔工作量增加，還要在底抽巷距兩幫水平距10m位置實(shí)現(xiàn)巷道布置，此時底抽巷距離運(yùn)輸巷水平距離達(dá)125m。
　　2.3 布置效果確認(rèn)
　　采用底抽巷抽采技術(shù)，能夠?qū)ΜF(xiàn)回采工作面內(nèi)煤層實(shí)施超前預(yù)抽，使采掘期間工作面內(nèi)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(jié)果進(jìn)行現(xiàn)場布置，水力割縫鉆孔有效抽采半徑達(dá)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(jìn)行布置，使鉆孔成扇形分布。而鉆孔見煤點(diǎn)間距達(dá)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(jìn)行監(jiān)測，可以發(fā)現(xiàn)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(jìn)，煤壁前支撐應(yīng)力向底板傳遞，造成工作面前49m位置出現(xiàn)底抽巷變形量變大問題。在采空區(qū)壓實(shí)后，原巖應(yīng)力狀態(tài)才得以恢復(fù)。從底抽巷頂?shù)装逡苿忧闆r來看，移近量峰值約達(dá)19cm，能夠保持相對穩(wěn)定，滿足通風(fēng)要求。采用混凝土塊實(shí)現(xiàn)巷旁支護(hù)，能夠使頂?shù)装遄冃瘟靠刂圃?5cm左右。從施工效果來看，在10d內(nèi)達(dá)到抽采要求，同時使原本巷道得到保留。