艾德春，張道旭

(1.六盤水師范學(xué)院礦業(yè)工程系，貴州 六盤水 553004；2.米籮煤礦，貴州 六盤水 553004)

山區(qū)高突礦井底板瓦斯抽放巷改進(jìn)與應(yīng)用

艾德春1，張道旭2

(1.六盤水師范學(xué)院礦業(yè)工程系，貴州 六盤水 553004；2.米籮煤礦，貴州 六盤水 553004)

突出礦井煤巷的快速掘進(jìn)一直是個(gè)難以解決的問題，目前煤礦大都是布置底板瓦斯巷，對工作面兩巷進(jìn)行消突，因此，底板瓦斯巷的布置成了關(guān)鍵。為了解決這一問題，以米籮煤礦為研究對象，在原礦井設(shè)計(jì)方案的基礎(chǔ)上，利用山區(qū)煤礦的地形條件，優(yōu)化設(shè)計(jì)了兩條措施運(yùn)輸平硐和措施回風(fēng)平硐，底板瓦斯巷從主斜井和措施平硐同時(shí)相向掘進(jìn)，同時(shí)相向?qū)ぷ髅鎯上镱A(yù)抽瓦斯，同時(shí)相向掘進(jìn)工作面兩巷。實(shí)踐證明，工作面運(yùn)輸平巷掘進(jìn)用時(shí)90 d，掘進(jìn)901.1 m，工作面回風(fēng)順槽掘進(jìn)用時(shí)121 d，掘進(jìn)927.8 m，比原計(jì)劃用時(shí)縮短了30%，加快了工作面兩巷掘進(jìn)速度，掘進(jìn)過程中未發(fā)生突出事故，實(shí)現(xiàn)了工作面兩巷的安全快速掘進(jìn)。

底板瓦斯抽放巷；優(yōu)化設(shè)計(jì)；山區(qū)地形；高突礦井

中國是目前世界上煤與瓦斯突出災(zāi)害最嚴(yán)重的國家[1]。煤與瓦斯突出一直是威脅工人生命、制約礦井發(fā)展的最大難題之一，也是影響建設(shè)安全高效礦井的技術(shù)瓶頸[2]。突出煤層，防突工作堅(jiān)持區(qū)域防突措施先行、局部防突措施補(bǔ)充的原則[3]，區(qū)域防突措施包括開采保護(hù)層和預(yù)抽煤層瓦斯兩類，預(yù)抽煤層瓦斯多采用底抽巷[4-6]，主要作用是對上部煤層區(qū)塊進(jìn)行區(qū)域消突[7]。低抽巷一般布置在底板巖石中，掘進(jìn)速度慢，工作面兩巷必須消突后方可掘進(jìn)，抽采工藝復(fù)雜周期長，采掘接替緊張[8]。因此，根據(jù)煤礦的地形特點(diǎn)，優(yōu)化底板瓦斯巷布置，快速對工作面兩巷進(jìn)行消突，縮短兩巷掘進(jìn)時(shí)間，實(shí)現(xiàn)煤礦的快速安全投產(chǎn)。

1 井田概況

米籮煤礦為新建礦井，礦井設(shè)計(jì)生產(chǎn)能力為120萬t/a，設(shè)計(jì)服務(wù)年限為43a?？刹杉熬植靠刹擅簩?5層，分上組(1、3、9、10)、中組(16、21、26、27、31)和下組(56、65、83-1、83-2、84)三個(gè)煤組，上煤組10#煤層距中煤組16#煤層52.5 m。通過對煤層所取的樣品測試結(jié)果，該礦井相對瓦斯涌出量為20.83 m3/t，絕對瓦斯涌出量52.58 m3/min，為高瓦斯礦井且為煤與瓦斯突出礦井。米籮礦井屬高原中山峽谷地貌，海拔為+1 035～+1 975 m之間，井田中部出露三迭系石灰?guī)r，多在兩翼靠近煤層露頭側(cè)形成懸崖陡壁，其下的飛仙關(guān)地層則多為逆向陡坡，多沿地層走向形成溝谷毗連的低凹槽地，屬高原中山峽谷地貌，地形條件較為復(fù)雜。

2 原底板瓦斯巷設(shè)計(jì)存在問題分析

2.1 原底板瓦斯巷設(shè)計(jì)狀況

根據(jù)井田內(nèi)的地形地貌、煤層賦存等條件，工業(yè)場地選在井田中南部邊界的倮摩村東南部，在標(biāo)高1 059 m處，布置三個(gè)斜井到+800 m水平，三個(gè)井筒布置在31煤層底板以下巖石中(上段穿27煤層、29煤層、31煤層，下段布置在31煤層底板以下的巖石中)，井筒間距分別為45 m和35 m；主斜井傾角22°，副斜井傾角25°，回風(fēng)斜井傾角16～25°。在+800 m水平布置井底車場、水泵房、變電所等硐室，+800 m水平車場布置東翼機(jī)軌合一大巷，礦井開拓平面圖見圖1。

圖1 原底板瓦斯巷布置圖

該礦采用斜井開拓方式，在軌道斜井標(biāo)高1 032 m處開掘軌道斜巷，再在軌道斜巷標(biāo)高1 002 m處，掘進(jìn)底板瓦斯巷，最后掘進(jìn)工作面運(yùn)輸順槽和回風(fēng)順槽(圖1)，且在底板瓦斯抽采巷內(nèi)，每隔20 m向斜上方1#煤層順槽位置布置穿層鉆孔，孔底間距約5 m，形成條帶式布置，沿層面的距離，抽采鉆孔控制1#煤層回采面順槽巷道外輪廓線外至少15 m，對1#煤層回采面順槽上、下方的瓦斯進(jìn)行預(yù)抽(圖2)。

圖2 底板瓦斯抽采巷穿層鉆孔預(yù)抽消突圖

2.2 原底板瓦斯巷存在問題分析

2.2.1 工作面兩巷掘進(jìn)速度慢

從原礦井巷道開拓平面圖1可知，由于從地面標(biāo)高1 059 m處，掘進(jìn)運(yùn)輸、軌道及回風(fēng)三條斜井，然后在三條斜井相應(yīng)的位置分別開掘運(yùn)輸石門、軌道石門和軌道平巷、回風(fēng)石門，再掘進(jìn)底板瓦斯巷，然后，從底板瓦斯巷打抽放鉆孔，對工作面順槽進(jìn)行瓦斯抽放，經(jīng)效果檢驗(yàn)無突出危險(xiǎn)后方可掘進(jìn)，這樣，導(dǎo)致工作面兩巷掘進(jìn)速度慢。

2.2.2 工作面設(shè)備運(yùn)輸距離長

工作面的設(shè)備經(jīng)副斜井、軌道石門、工作面回風(fēng)順槽，才能運(yùn)到工作面，運(yùn)輸路線長，導(dǎo)致礦井投產(chǎn)期長。

3 底板瓦斯巷設(shè)計(jì)優(yōu)化及應(yīng)用效果分析

3.1 底板瓦斯巷設(shè)計(jì)優(yōu)化

針對原有底板瓦斯抽放巷設(shè)計(jì)存在的問題，擬對底板瓦斯巷進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)。

3.1.1 底板瓦斯巷層位設(shè)計(jì)

從圍巖垂直應(yīng)力和塑性破壞區(qū)兩個(gè)方面，筆者湯鑄等(2015)對底板瓦斯抽放巷的層位進(jìn)行了研究，由于1煤層、3煤層、9煤層、10煤層平均間距較近(分別8.5 m、29.5 m和8.0 m)，上組10煤層與中組16煤層平均間距52.5 m，設(shè)計(jì)將底板瓦斯抽采巷布置在10煤層底板以下約10 m巖石中，低抽巷能保持巷道穩(wěn)定和較好的瓦斯抽采效果[9]。

3.1.2 措施井設(shè)計(jì)

在掘進(jìn)三條主井的同時(shí)，利用山區(qū)煤礦的地形特點(diǎn)，根據(jù)地形地質(zhì)圖，在井田東部標(biāo)高1 052 m和1 047 m處，分別掘進(jìn)措施運(yùn)輸平硐和措施回風(fēng)平硐，這樣，兩條措施井和三條主井分別從井田東部和中南部同時(shí)掘進(jìn)，從措施井處設(shè)計(jì)底抽巷。

3.1.3 設(shè)計(jì)措施井瓦斯聯(lián)絡(luò)巷和瓦斯巷回風(fēng)聯(lián)絡(luò)巷

從措施運(yùn)輸平硐標(biāo)高1 057 m處，沿坡度12°掘進(jìn)措施井瓦斯聯(lián)絡(luò)巷，從措施回風(fēng)平硐，掘進(jìn)瓦斯巷回風(fēng)聯(lián)絡(luò)巷，形成聯(lián)絡(luò)及通風(fēng)系統(tǒng)。

3.1.4 設(shè)計(jì)切眼和輔助切眼

掘完措施運(yùn)輸平硐和措施回風(fēng)平硐后，然后掘出輔助切眼，再掘出切眼的一部分，形成通風(fēng)回路和運(yùn)輸系統(tǒng)，然后貫通切眼，提前準(zhǔn)備工作面。

3.1.5 設(shè)計(jì)下工作面底板瓦斯抽放巷

掘進(jìn)底板瓦斯巷的同時(shí)，從工作面底板瓦斯巷掘進(jìn)下個(gè)工作面的底板瓦斯巷，為下個(gè)工作面抽放瓦斯做準(zhǔn)備，改進(jìn)后的底板瓦斯巷布置如圖3所示。

圖3 底板瓦斯巷設(shè)計(jì)優(yōu)化布置圖

3.2 底板瓦斯巷設(shè)計(jì)優(yōu)化分析

改進(jìn)后的瓦斯抽放巷具有以下特點(diǎn)。

1)瓦斯抽放巷從主井和措施平硐相向掘進(jìn)，加快了瓦斯抽放巷的掘進(jìn)速度。

2)瓦斯抽放巷雙向掘進(jìn)，同時(shí)從兩邊向運(yùn)輸順槽處打瓦斯抽放鉆孔，實(shí)現(xiàn)運(yùn)輸順槽的雙向掘進(jìn)，大大縮短了運(yùn)輸順槽的掘進(jìn)時(shí)間。

3)新開拓的措施運(yùn)輸平硐和措施回風(fēng)平硐在投產(chǎn)前，可以用來通風(fēng)、輔助運(yùn)煤、行人、運(yùn)輸設(shè)備、運(yùn)輸輔助材料。

4)安裝工作面設(shè)備時(shí)，工作面設(shè)備不再從主副井經(jīng)石門和軌道順槽運(yùn)輸，而是直接從措施井運(yùn)輸，大大縮短了工作面設(shè)備的安裝時(shí)間。

5)部分設(shè)備從措施井運(yùn)輸，減輕了運(yùn)輸斜井與軌道斜井的運(yùn)輸壓力，可以提高礦井生產(chǎn)效率和運(yùn)行的可靠性。

3.3 底板瓦斯巷設(shè)計(jì)優(yōu)化應(yīng)用效果分析

1)優(yōu)化設(shè)計(jì)的底板瓦斯巷，因相向同時(shí)對工作面兩巷鉆孔抽放，加快了工作面兩巷的掘進(jìn)速度。運(yùn)輸順槽用時(shí)90 d，掘進(jìn)901.1 m；回風(fēng)順槽雙向施工貫通，用時(shí)121 d，掘進(jìn)927.8 m，縮短了工作面兩巷的施工時(shí)間，比原計(jì)劃用時(shí)縮短了30%，掘進(jìn)期間未發(fā)生瓦斯突出事故，實(shí)現(xiàn)了工作面兩巷的快速安全掘進(jìn)。

2)為了檢驗(yàn)瓦斯抽放效果，通過為期10個(gè)月現(xiàn)場觀測統(tǒng)計(jì)，其瓦斯抽放效果見圖4，由圖4可知，設(shè)計(jì)的底板瓦斯抽放巷，不僅利用了山區(qū)煤礦的地形特點(diǎn)，設(shè)計(jì)措施巷，相向掘進(jìn)底板瓦斯巷，加快了底板瓦斯巷的掘進(jìn)速度，同時(shí)能夠很好的保持巷道穩(wěn)定和較好的瓦斯抽采效果，低位瓦斯抽采巷道瓦斯抽采純量逐步增加，瓦斯抽采濃度越來越高，瓦斯抽采效果較好。

圖4 底板瓦斯巷設(shè)計(jì)優(yōu)化瓦斯抽放效果圖

4 結(jié) 論

1)根據(jù)礦井煤層賦存特征及原底板巷存在的問題，優(yōu)化設(shè)計(jì)了底板瓦斯巷，且優(yōu)化后的底板瓦斯巷因相向同時(shí)對工作面兩巷鉆孔抽放，加快了工作面兩巷的掘進(jìn)速度且無任何突出現(xiàn)象，同時(shí)比原計(jì)劃用時(shí)縮短了30%。

2)優(yōu)化設(shè)計(jì)的底板瓦斯抽放巷，不僅利用了山區(qū)煤礦的地形特點(diǎn)，加快了底板瓦斯巷的掘進(jìn)速度，且能夠很好的保持巷道穩(wěn)定和較好的瓦斯抽采效果，并從底板瓦斯巷掘進(jìn)下工作面的底板瓦斯巷，為下個(gè)工作面的順槽抽放瓦斯，縮短了下工作面的順槽掘進(jìn)時(shí)間。

[1] 耿建平．大型礦井設(shè)計(jì)創(chuàng)新實(shí)踐與體會[J]．煤炭工程，2014，46(10)：21-24.

[2] 楊隨木．義安礦底板抽放巷合理層位數(shù)值模擬[J]．煤礦安全，2015，46(6)：164-166．

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Improvement and application of gas drainage roadways in mountainous high outburst mines

AI Dechun1，ZHANG Daoxu2

(1.Department of Mining Engineering，Liupanshui Normal University，Liupanshui 553004，China；2.Miluo Coal Mine，Liupanshui 553004，China)

Coal roadway rapid drilling in outburst mine is a difficult problem to solve all the time，now eliminating outburst is carried mostly by gas drainage roadways，so roadway manage is key.To solve the problem，Miluo coal mine as a research object，according to the terrain conditions of mountainous coal，on the original foundation of the project in coal mine design，aided transported adit and return air adit has designed，then tunnel gas drainage roadways，which was digged in opposite from main shafts and aided adits at the same time，gas was pulled out both in haulage roadway and return air roadway at the same time，then digged in opposite at the same time，it has been proven that it took 90 days to tunnel haulage roadway which is 901.1 m，121 days to tunnel return air roadway which is 927.8 m，shorten excavation time by 50% than planned，no coal and gas outburst accidents，safe high-speed driving was realized.

gas drainage roadway；optimal design；mountainous terrain；high outburst mine

2016-07-05

貴州省科技聯(lián)合基金重點(diǎn)項(xiàng)目資助(編號：黔科合LH[2015]7604號)；貴州省優(yōu)秀科技人才省長專項(xiàng)資金項(xiàng)目資助(編號：黔省專合字(2012)84號)；貴州省教育廳“125”重大科技專項(xiàng)項(xiàng)目資助(編號：黔教合重大專項(xiàng)字[2012]017號)；貴州省高校工程技術(shù)研究中心建設(shè)項(xiàng)目資助(編號：黔教合KY字[2012]027號)；貴州省采礦工程特色重點(diǎn)學(xué)科資助(編號：黔學(xué)位辦[2015]26號)。

艾德春(1966-)，男，教授，從事采礦技術(shù)及礦山壓力方面的研究，E-mail：1021120017@qq.com。

TD214

A

1004-4051(2017)05-0166-03