李 超

(山西陽煤集團(tuán)五礦，山西 陽泉 045209)

0 引言

隨著煤礦開采深度的增加，煤層瓦斯含量逐漸增加，瓦斯防治難度也在加大，尤其是單一突出煤層的掘進(jìn)作業(yè)，防突工作難度更大。文中以曲江煤礦為例，通過選擇突出煤層底板巷道位置，有效抽放上部煤巷瓦斯，降低煤層巷道瓦斯含量，實(shí)現(xiàn)單一煤層巷道安全快速掘進(jìn)。

1 礦井情況

曲江煤礦開采煤層為單一煤層，通過對礦井瓦斯含量、瓦斯壓力、煤層透氣性系數(shù)、歷年突出次數(shù)和突出量分析對比，目前開采煤層屬極難抽采的煤層，也無開采保護(hù)層的條件，因此在施工過程中一般采取在煤層底板施工巷道，采用鉆孔預(yù)抽條帶煤層瓦斯，實(shí)現(xiàn)安全掘進(jìn)。

2 底板巷道合理位置的選擇

2.1 煤層底板巷道

當(dāng)煤層埋深較大時，采動釋放的高應(yīng)力會破壞圍巖結(jié)構(gòu)，使工作面巷道產(chǎn)生嚴(yán)重變形，維護(hù)工作的難度加大。在煤層底板布置的巷道要為2個工作面的回采巷道服務(wù)，從而給工作面巷道帶來多次采掘擾動影響。因此，合理選擇底板巷的位置，能夠有效地保證工作面巷道圍巖的穩(wěn)定性，同時也對頂部條帶煤層的瓦斯進(jìn)行預(yù)抽處理起到積極的作用。煤層底板巷道布置如圖1所示。

圖1 煤層底板巷道布置圖

2.2 應(yīng)力數(shù)值分析

使用FLAC模擬分析技術(shù)對底板巷道圍巖應(yīng)力分布特點(diǎn)進(jìn)行分析。

底板巷道垂直布置：通過對底板巷內(nèi)待掘進(jìn)巷下方15 m處的工作面回采底板巷道圍巖應(yīng)力進(jìn)行對比后發(fā)現(xiàn)，工作面回采后，巷道的頂?shù)装宓膽?yīng)力在一定的范圍內(nèi)會小于原巖應(yīng)力，而頂板的應(yīng)力峰值則出現(xiàn)在巷頂處2 m，底板的應(yīng)力峰值則出現(xiàn)在9 m處。巷道頂板的應(yīng)力水平呈現(xiàn)一個峰值變化特征，先是逐步增大至峰值，然后呈急劇下降趨勢，最后以波浪形的變化進(jìn)行分布。巷道底板的水平應(yīng)力則出現(xiàn)了緩慢增加的趨勢，待工作面回采后，其應(yīng)力值也出現(xiàn)了大幅量的降低。

底板巷道內(nèi)錯布置：底板巷與待掘煤巷內(nèi)錯布置時，二者之間的垂直距離為15 m，平均距離可達(dá)到10 m。在這種布置情況下，通過回采前后圍巖應(yīng)力的對比分析，工作面回采必然會使頂板和底板的垂直應(yīng)力發(fā)生不同程度的變化，遠(yuǎn)離巷頂垂直應(yīng)力表現(xiàn)出逐漸增大的趨勢，水平應(yīng)力出現(xiàn)降低的趨勢，底板的水平應(yīng)力則會逐漸提升。

底板巷外錯布置：對于底板巷與待掘煤巷實(shí)行外錯布置時，工作面回采后，巷道頂板的垂直應(yīng)力會隨著與巷頂距離的增加而不斷增加。相對于回采前其數(shù)值會增大，同時會隨著遠(yuǎn)離巷頂?shù)木嚯x而不斷增大。巷道底板垂直應(yīng)力相對于回采前會更小，不論是垂直應(yīng)力還是水平應(yīng)力其呈現(xiàn)的差值都表現(xiàn)出先增后減的情況。

2.3 底板巷的合理位置的確定

相對于垂直布置方式，內(nèi)錯和外錯的布置方式對煤巷掘進(jìn)施工過程中對底板巷的巖應(yīng)力的作用力較小。內(nèi)錯布置方式在回采過程比回采前底板巷的圍巖應(yīng)力呈現(xiàn)出逐漸降低的趨勢，回采結(jié)束后，工作面將長期處于地巖應(yīng)力的環(huán)境下。此時，如果在底板的破壞帶的范圍內(nèi)進(jìn)行作業(yè)，則會出現(xiàn)圍巖破碎，頂?shù)装鍑?yán)重變形，對巷道掘進(jìn)的支護(hù)造成破壞，從而影響到整個巷道圍巖的穩(wěn)定性能。外錯布置方式在回采結(jié)束后，頂板所承受的垂直應(yīng)力將會增大，從而使其幫部應(yīng)力的峰值范圍不斷地擴(kuò)大，使整個巷道處于較大的應(yīng)力作用下，使巷道圍巖出現(xiàn)變形，進(jìn)而增大對巷道維護(hù)的難度。

底板巷的位置正處于煤巷下方時，工作面回采后增壓區(qū)域以及卸壓區(qū)域之間的區(qū)域應(yīng)力較小，因此巷道圍巖的應(yīng)力則會處于一個相對穩(wěn)定的環(huán)境，有利于巷道長期穩(wěn)定，因此通過對比分析，最合理的底板巷布置方式應(yīng)當(dāng)為“工作面煤巷正下方”的區(qū)域。

在進(jìn)行底板巷道的施工過程中，其圍巖的應(yīng)力會因作用力的變化而重新分布，頂?shù)装鍑鷰r會出現(xiàn)卸壓區(qū)，而巷道兩邊的圍巖則會出現(xiàn)應(yīng)力的集中。在卸壓區(qū)會逐漸使煤層的滲透率增加，提升煤層的透氣性，能夠有效地提升瓦斯的解吸度，抽放效果較好。底板巷上的煤層應(yīng)力也會因工作面的采掘而形成不同的卸壓，對突出煤層采掘過程中的突發(fā)情況采取措施時，應(yīng)當(dāng)考慮將位置設(shè)置在距離煤層的法向具體為7 m處。鑒于煤層自身的復(fù)雜性，為了防止底板巷進(jìn)行穿層鉆孔時出現(xiàn)突發(fā)情況，因此底板巷距離煤層的最小距離應(yīng)該不小于8 m。

通過對上述不同情況的分析，得出將底板巷的合理位置應(yīng)當(dāng)是位于煤巷的正下方，且法向距離應(yīng)當(dāng)在8～15 m的范圍內(nèi)。

3 結(jié)語

通過對底板巷掘進(jìn)中的瓦斯流量以及透氣性等數(shù)據(jù)進(jìn)行了比對分析，可以看出隨著底板巷掘進(jìn)的推移，圍巖壓力卸壓效果逐漸增加，對應(yīng)的鉆孔溢出瓦斯量、煤層透氣性也會逐漸加大。煤層底板巷道的合理位置應(yīng)當(dāng)是待掘煤巷的正下方位于8～15 m。