王 鵬 李 寧

（1.河南能源焦煤集團(tuán)鑫珠春工業(yè)有限責(zé)任公司，河南 焦作 454003；2.河南理工大學(xué)萬(wàn)方科技學(xué)院，河南 焦作 454000）

1 工程背景

69104工作面所屬礦井為煤與瓦斯突出礦井，主采9#煤層，根據(jù)煤層瓦斯基本參數(shù)測(cè)定及煤層突出危險(xiǎn)性報(bào)告顯示，9#煤層在埋深207.22m水平以上不具有突出危險(xiǎn)性，而69104運(yùn)輸巷所在9#煤層埋深在210～290m，在埋深207.22m以下，因此69104運(yùn)輸巷掘進(jìn)前，必須采取區(qū)域綜合防突措施［1-2］。

69104工作面運(yùn)輸巷在開(kāi)口位置至掘進(jìn)66m段，采用頂板穿層鉆孔預(yù)抽煤巷瓦斯的區(qū)域防突措施，盡管取得一定效果，但頂板穿層鉆孔在施工過(guò)程中由于向下打鉆，鉆孔內(nèi)排粉和排水困難，嚴(yán)重影響掘進(jìn)速度，無(wú)法滿足進(jìn)度要求。為此，提出在運(yùn)輸巷下方布置底板巖石抽放巷利用穿層鉆孔預(yù)抽煤巷周?chē)咚梗谧o(hù)運(yùn)輸巷安全掘進(jìn)，而底板抽放巷與運(yùn)輸巷的空間相對(duì)位置是決定保護(hù)效果以及經(jīng)濟(jì)性的重要因素［3］。因此，文章以69104工作面背景，展開(kāi)底抽巷與運(yùn)輸巷空間相對(duì)位置的研究。

2 運(yùn)輸巷與底抽巷相對(duì)位置

2.1 理論分析

在上部煤層回采活動(dòng)影響下，底板抽放巷的受力狀況和圍巖變形有很大的差別。按照巷道和上部煤層回采空間的相對(duì)位置和開(kāi)采時(shí)間關(guān)系，巷道的位置可歸納為以下三種情況［1-3］：

①布置在已穩(wěn)定的采空區(qū)下部。在上部煤層回采空間形成的底板應(yīng)力降低區(qū)內(nèi)，巷道整個(gè)服務(wù)期間內(nèi)不受采動(dòng)影響。

②布置在保護(hù)煤柱下部。經(jīng)歷保護(hù)煤柱兩側(cè)回采工作面的超前采動(dòng)影響。保護(hù)煤柱形成后，一直受保護(hù)煤柱支承壓力的影響。當(dāng)保護(hù)煤柱足夠?qū)捇蛘呦锏琅c保護(hù)煤柱的間距足夠大時(shí)，底抽巷可以避開(kāi)采動(dòng)影響，處于原巖應(yīng)力場(chǎng)內(nèi)。

③布置在尚未開(kāi)采的工作面下部。經(jīng)歷上部采面的跨采影響后，位于已穩(wěn)定的采空區(qū)下部應(yīng)力降低區(qū)內(nèi)。工作面跨越開(kāi)采時(shí)可引起圍巖強(qiáng)烈變形，然后又趨向穩(wěn)定，底抽巷服務(wù)期間維護(hù)狀況較好。

根據(jù)地質(zhì)報(bào)告揭露，9#煤層下方10m左右有一層煤線標(biāo)志層，為此，選取底抽巷位于煤層底板下方10m處，即底抽巷頂板距離9#煤層底板的垂直距離為10m。固定底抽巷與煤層頂板的距離，研究垂直距離不變情況下，底抽巷與運(yùn)輸平巷水平距離的變化對(duì)底抽巷維護(hù)以及抽采效果的影響［4-6］。

2.2 位移及應(yīng)力分析

根據(jù)上述的方案，分別建立FLAC3D數(shù)值計(jì)算模型，模型中底抽巷均保持與工作面運(yùn)輸巷垂直距離10m，而水平距離分別為0m、5m、10m進(jìn)行研究，模型示意圖如下圖1所示。

圖1 數(shù)值計(jì)算模型示意圖

模型中均在底抽巷上選取兩個(gè)觀測(cè)斷面，在斷面的頂?shù)装逡约皟蓭筒贾糜^測(cè)線，研究運(yùn)輸巷掘進(jìn)過(guò)程中底抽巷圍巖變形及應(yīng)力變化情況，記錄自掘進(jìn)工作面距離觀測(cè)斷面30m至掘進(jìn)工作面推過(guò)觀測(cè)斷面50范圍內(nèi)，底抽巷圍巖變形情況，得出如下結(jié)論：

巷道平距分別為0m和5m時(shí)，底抽巷受采動(dòng)影響，平距為0m時(shí)底抽巷破壞嚴(yán)重，平距為5m時(shí)，底抽巷在經(jīng)過(guò)一定程度的維修后不影響使用功能。平距為0m時(shí)，巷道變形量最大，煤巷掘進(jìn)時(shí)頂板下沉量為174mm，底板鼓起量為115mm，上幫移近量為82mm，下幫移近量為78mm。平距為5m時(shí)，巷道變形量較大，煤巷掘進(jìn)時(shí)頂板下沉量為116mm，底板鼓起量為98mm，上幫移近量為74mm，下幫移近量為71mm。巷道平距分別為10m時(shí)，雖然底抽巷受采動(dòng)影響小，巷道變形小，成巷狀況好，但是對(duì)于掩護(hù)運(yùn)輸巷掘進(jìn)來(lái)說(shuō)，鉆孔長(zhǎng)度增加，施工難度大，經(jīng)濟(jì)效益不高。為此，選擇運(yùn)輸巷與底抽巷平距為5m作為合理間距，來(lái)設(shè)計(jì)穿層鉆孔，見(jiàn)圖2所示。

圖2 底抽巷與運(yùn)輸巷的相對(duì)位置

2.3 底抽巷位置及鉆孔設(shè)計(jì)

根據(jù)前面分析設(shè)計(jì)69104運(yùn)輸巷底板瓦斯抽放巷斷面形狀為矩形，高2.5m，寬2.5m，斷面積6.25m2。支護(hù)方式采用錨桿、錨網(wǎng)、錨索聯(lián)合支護(hù)。沿69104運(yùn)輸巷底板瓦斯抽放巷掘進(jìn)方向，每隔4m施工一組穿層抽放鉆孔，鉆孔施工到9#煤層頂板為止。瓦斯抽放半徑為2m，每組鉆孔數(shù)為11個(gè)，在9#煤層傾斜范圍內(nèi)所控制寬度為40m。施工完的鉆孔要進(jìn)行封孔，封孔深度不小于5m，且抽放負(fù)壓不小于13KPa。鉆孔設(shè)計(jì)見(jiàn)圖3所示，參數(shù)見(jiàn)表1。

圖3 底抽巷穿層鉆孔設(shè)計(jì)示意圖

表1 底抽巷穿層鉆孔設(shè)計(jì)參數(shù)表

3 工程應(yīng)用效果檢驗(yàn)

在突出危險(xiǎn)性區(qū)域中掘進(jìn)煤巷可采用鉆孔瓦斯涌出初速度法，R值指標(biāo)法和鉆屑指標(biāo)法及其他經(jīng)驗(yàn)證有效的方法預(yù)測(cè)煤巷工作面的突出危險(xiǎn)性［4-6］。本次以鉆孔瓦斯涌出初速度q值法預(yù)測(cè)突出危險(xiǎn)性，它是根據(jù)煤巷掘進(jìn)工作面鉆孔中單位時(shí)間內(nèi)涌出瓦斯的最大流量q以及鉆孔每鉆進(jìn)1m測(cè)定的最大鉆屑量s值，與臨界值作比較，從而檢驗(yàn)防突效果。

采用上述底抽巷穿層鉆孔預(yù)抽后，在運(yùn)輸巷掘進(jìn)工作面靠近巷道兩幫0.5m各打一個(gè)平行于巷道掘進(jìn)方向，直徑42mm，深3.5m預(yù)測(cè)鉆孔；鉆孔每鉆進(jìn)1m測(cè)定該1m段的全部鉆屑量S，并在暫停掘進(jìn)后2min內(nèi)測(cè)定鉆孔瓦斯涌出初速度q，測(cè)定結(jié)果見(jiàn)下表2。

根據(jù)本煤層試驗(yàn)考察確定突出危險(xiǎn)性指標(biāo)q、s的臨界值分別為5L/min、6kg/m。根據(jù)實(shí)測(cè)的q值和s值數(shù)據(jù)，均小于二者的臨界值，且鉆進(jìn)過(guò)程中無(wú)噴孔等異?，F(xiàn)象，因此判定穿層鉆孔預(yù)抽措施有效，消除了運(yùn)輸巷掘進(jìn)工作面的突出危險(xiǎn)，保證了運(yùn)輸巷掘進(jìn)安全。

表2 運(yùn)輸巷掘進(jìn)與校檢指標(biāo)統(tǒng)計(jì)表

4 結(jié)論

文章通過(guò)理論分析和數(shù)值模擬的方法，對(duì)比分析了運(yùn)輸巷與底抽巷不同空間位置時(shí)，底抽巷的變形破壞特征，得出了底抽巷位于運(yùn)輸巷下方垂距10m且與運(yùn)輸巷內(nèi)錯(cuò)平距為5m時(shí)，底抽巷變形破壞有限，有利于底抽巷的維護(hù)，在此基礎(chǔ)了設(shè)計(jì)了底抽巷穿層鉆孔。通過(guò)工程應(yīng)用與效果驗(yàn)證，表明了該種底抽巷穿層鉆孔有效地消除了煤巷掘進(jìn)的突出危險(xiǎn)性，保證了煤巷工作面的安全掘進(jìn)，為本礦及相鄰礦井突出煤層巷道掘進(jìn)提供了參考和依據(jù)。

［1］王海東，景立平，曹宇，等.頂?shù)装宄椴上镌诟咄还ぷ髅嫱咚怪卫碇械膽?yīng)用［J］.煤礦安全，2012，43（6）：96-98.

［2］盧波.314底抽巷布置層位方案探討［J］.山東煤炭科技，2014，（10）：22-23，25.

［3］楊國(guó)和，柏建彪，李磊，等.底抽巷合理位置及圍巖支護(hù)技術(shù)研究［J］.能源技術(shù)與管理，2011，（6）：34-36.

［4］劉晟.綜采工作面瓦斯涌出預(yù)測(cè)及其突出危險(xiǎn)性的研究［D］.太原：太原理工大學(xué)，2013.

［5］張帆.高瓦斯礦井煤巷掘進(jìn)防突技術(shù)實(shí)踐［J］.能源技術(shù)與管理，2012（2）：71-72.

［6］劉海波，程遠(yuǎn)平，王海鋒，等.突出煤層卸壓前后鉆孔瓦斯涌出初速度的變化規(guī)律［J］.采礦與安全工程學(xué)報(bào)，2009，26（2）：225-228.