朱艷星

（山西汾西礦業(yè)（集團(tuán)）有限責(zé)任公司賀西煤礦，山西 柳林 033300）

汾西礦業(yè)集團(tuán)賀西煤礦主采上組煤即3號、4號煤層，但未對3號煤層頂板采動裂隙帶發(fā)育情況進(jìn)行過詳細(xì)的研究，高位鉆場層位布置也大多依靠現(xiàn)場實際經(jīng)驗進(jìn)行確定，缺乏合理的理論支撐。掌握煤層群開采卸壓瓦斯運移規(guī)律，優(yōu)化高抽巷布置參數(shù)與瓦斯抽采參數(shù)，最終形成近距離突出煤層群采動裂隙帶瓦斯綜合高效抽采技術(shù)體系，提高抽采效率，對實現(xiàn)采空區(qū)和采動卸壓瓦斯高效抽采和保證回采工作面安全生產(chǎn)具有十分重要的意義[1]。

1 礦井概述

山西汾西礦業(yè)(集團(tuán))有限責(zé)任公司賀西煤礦（以下簡稱賀西煤礦），位于山西省呂梁市柳林縣陳家灣鄉(xiāng)賀家社村，距柳林縣城15km。礦井面積18.909km2，后備規(guī)劃區(qū)29.371km2，現(xiàn)核定生產(chǎn)能力為2.40Mt/a，現(xiàn)主采3號、4號煤層，煤層傾角2～8°。工作面采用綜合機械化采煤工藝，采煤方法采用走向長壁后退式，頂板管理采用全部垮落法處理采空區(qū)頂板。

根據(jù)山西省煤炭工業(yè)廳文件確認(rèn)的2015年度礦井瓦斯等級鑒定結(jié)果，2015年賀西煤礦絕對瓦斯涌出量76.09m3/min，相對瓦斯涌出量23.36m3/t，為煤與瓦斯突出礦井，近兩年賀西煤礦瓦斯等級鑒定情況見表1。

表1 賀西煤礦歷年瓦斯等級鑒定結(jié)果

（1）3號煤層

賦存于山西組中部，煤層厚度1.5～2.71m，平均1.82m，上距K4砂巖平均38.40m，厚度變化不大。煤層中一般不含夾矸，局部有夾矸1層，結(jié)構(gòu)簡單，夾矸為泥巖或炭質(zhì)泥巖。頂板巖性多為泥巖，個別為中、細(xì)粒砂巖，底板巖性多為泥巖及砂質(zhì)泥巖。為全井田可采的穩(wěn)定煤層。

（2）4上煤層

賦存于山西組中下部，煤層厚度0～1.78m，平均0.76m，上距3號煤層平均7.76m。該煤層在井田的中北部與4號煤層合并。結(jié)構(gòu)簡單，不含夾矸。頂板以泥巖和砂質(zhì)泥巖為主，底板為泥巖、砂質(zhì)泥巖。為大部分可采的較穩(wěn)定煤層。

（3）4號煤層

賦存于山西組下部，上距4上煤層平均5.54m，下距K3砂巖平均21.05m，煤層厚度0.35～4.59m，平均2.26m。井田中北部與4上煤層有小面積的合并區(qū)，其余大面積為分叉區(qū)。結(jié)構(gòu)簡單，局部含一層夾矸。頂板多為細(xì)砂巖、砂質(zhì)泥巖、泥巖，底板多為粉砂巖、泥巖。

（4）3#、4#煤層瓦斯參數(shù)

3#、4#煤層瓦斯參數(shù)見表1。

表1 3#、4#煤層瓦斯參數(shù)表

2 “三帶”分析及計算

工作面推進(jìn)后采空區(qū)頂板冒落在豎直方向上形成三帶，即冒落帶、裂隙帶和彎曲下沉帶。冒落帶內(nèi)的巖石破碎成塊狀，巖塊間排列無序，間隙較大，瓦斯與大量空氣混合，此帶內(nèi)的瓦斯?jié)舛容^低。裂隙帶位于冒落帶的上方，此帶內(nèi)的巖層受到冒落帶巖塊的支撐作用，破斷后巖塊排列仍然較整齊，但會形成較多的順層及穿層裂隙，由于瓦斯密度小在空氣中上浮，采空區(qū)瓦斯將會沿著這些裂隙運移、富集。此帶內(nèi)的瓦斯含量大，濃度高，應(yīng)將抽采工程布置在此帶內(nèi)。

賀西煤礦為典型煤層群開采條件，實際從上至下依次回采3、4、8上、8、10號煤層。根據(jù)煤層賦存情況，全井田范圍內(nèi)3號煤層平均厚度1.82m，3號與4號煤層平均層間距為13.3m。上組煤3號、4號采用下行式煤層開采順序，采用綜采一次采全高采煤工藝，頂板管理為全部垮落法。

3號煤層工作面平均厚度1.72m。頂板多為泥巖，局部為砂質(zhì)泥巖；底板多為砂質(zhì)泥巖，局部為炭質(zhì)泥巖、泥巖、細(xì)砂巖。頂?shù)装宥酁橛矌r，故把M=1.72m帶入表2中硬巖煤層覆巖垮落高度計算公式計算得到頂板垮落帶高度為6.27～14.54m，平均10.4m，把M=1.72m帶入表3硬巖煤層導(dǎo)水裂隙帶高度計算公式計算得到裂隙帶高度為33.42～51.22m，平均42.32m。

表2 綜放開采垮落高度計算公式

表3 厚煤層分層開采導(dǎo)水裂隙帶高度計算公式

4號煤層工作面累計平均厚度4.12m。頂板多為細(xì)砂巖、砂質(zhì)泥巖、泥巖，底板多為粉砂巖、泥巖。故把M=4.12m帶入表4中硬煤層覆巖垮落高度計算公式計算得到頂板垮落帶高度為14.21～19.21m，平均16.71m。

由于3號與4號煤層平均層間距為13.3m，4號煤層的垮落帶高度為14.21～19.21m，平均16.71m，大于3號與4號煤層間距。當(dāng)下煤層的垮落帶高度接觸或進(jìn)入上煤層范圍時，上煤層按其自身厚度計算，下煤層按上下開采的綜合開采厚度Mz1-2進(jìn)行計算，取最大值作為兩層煤開采后的倒水裂隙帶最大高度。帶入公式2.1可以算得Mz1-2=5.3m。故把Mz1-2=5.3m帶入表2中硬煤層高強度開采覆巖垮落高度計算公式計算得到頂板垮落帶高度為17.74～30.54m，平均24.14m，把Mz1-2=5.3m帶入表3中硬煤層綜放開采導(dǎo)水裂隙帶高度計算公式計算得到裂隙帶高度為47.33～73.85m，平均60.59m。

表4 厚煤層分層開采垮落高度計算

綜合開采厚度Mz1-2：

式中：

M1—m1厚度，m；

M2—m2厚度，m；

h1-2—m1和m2之間的法線距離，m；

y2—下煤層的冒高和采高之比。

3 高抽巷設(shè)計方案

高抽巷瓦斯抽放技術(shù)原理：在工作面回采前，在工作面上隅角上方裂隙帶布置高抽巷，隨著工作面的開采，直接頂初次來壓后，工作面附近的圍巖的瓦斯平衡被破壞，在工作面風(fēng)流作用下，附近圍巖的瓦斯沿頂板裂隙流向采空區(qū)，而在布置高抽巷后，高抽巷可將這部分瓦斯抽出，從而解決工作面上隅角及回風(fēng)巷道瓦斯超限的問題。

賀西煤礦3316工作面回采期間，預(yù)測最大絕對瓦斯涌出量28.36m3/min，最大相對涌出量為8.98m3/t。根據(jù)相鄰3312工作面回采期間，上隅角瓦斯?jié)舛葴y定，在采取本煤層抽放和采空區(qū)抽放等措施后，仍然會出現(xiàn)上隅角瓦斯?jié)舛冗^高甚至瓦斯超限狀態(tài)，影響正常生產(chǎn)，預(yù)計3316工作面回采期間上隅角瓦斯?jié)舛茸畲髸^0.78%，依然面臨回采期間上隅角瓦斯?jié)舛瘸迒栴}，需要增加工作面瓦斯抽放能力，降低回風(fēng)巷及上隅角瓦斯?jié)舛?。?316工作面頂板25m處，巖性為砂質(zhì)泥巖，沒有含水層，可以在此范圍內(nèi)掘進(jìn)一條高抽巷。為降低3316工作面回采期間回風(fēng)巷及上隅角瓦斯?jié)舛?，防止上隅角瓦斯超限事故發(fā)生，保證3316工作面安全高效回采。

4 高抽巷設(shè)計

4.1 影響高抽巷瓦斯抽放效果的主要因素

（1）高抽巷的層位是否位于采空區(qū)上方裂隙帶；

（2）高抽巷與回風(fēng)巷的平距（中-中）要控制合理，距離太近容易造成巷道漏氣嚴(yán)重，距離太遠(yuǎn)高抽巷不能處于采空區(qū)上方的瓦斯聚集區(qū)域，抽采效果差；

（3）高抽巷是否密閉嚴(yán)實；

（4）抽放口距離閉墻位置是否合理，一般距離閉墻墻面不小于2m，高度不小于巷道2/3，且抽放口不能有雜物。

4.2 高抽巷層位的選擇

根據(jù)3316工作面頂板巖性及煤層跨落帶、裂隙帶與采高的關(guān)系得：

式中：

M—系數(shù)，取M=3.5。

因此決定高抽巷的層位布置在距煤層頂板30m處，正好處在裂隙帶內(nèi)。

一般高抽巷要由回風(fēng)巷向里內(nèi)錯15～20m，如果高抽巷與回風(fēng)巷的水平距離過小，則保證不了高抽巷的密閉性，抽放效果不好；如果高抽巷與回風(fēng)巷的水平距離過大，則高抽巷不在高瓦斯區(qū)域，只能抽出少量的瓦斯，所以取高抽巷與回風(fēng)巷的水平距離為17m。

4.3 高抽巷的施工

3316高抽巷施工過程中，需要隨時掌握層位關(guān)系，而層位的控制是一個難點，主要通過以下幾點進(jìn)行控制：（1）根據(jù)3312、3314高抽巷施工情況推斷3316高抽巷施工坡度；（2）通過標(biāo)高對比，腰線輔助控制，嚴(yán)禁出現(xiàn)急上山或者急下山等；（3）通過揭露的巖層性質(zhì)及煤線情況，推斷層間距的厚度。在整個3316高抽巷的施工過程中必須做好前后巖性的統(tǒng)計和分析，全盤考慮，否則很難準(zhǔn)確地判斷層間距及巖性情況。日常工作中填好圖，對工作面出現(xiàn)的情況必須及時記錄上圖，為以后的安全施工提供技術(shù)保障。在關(guān)鍵點上必須盯牢，根據(jù)現(xiàn)場實際情況制定安全合理的技術(shù)措施。特別是巷道開口、變坡點、頂板破碎、過斷層等條件下施工時必須跟住現(xiàn)場，做好現(xiàn)場的把控，保證能安全順利的施工。高抽巷在掘進(jìn)過程中遇到斷層落差時，施工人員應(yīng)有判斷地質(zhì)構(gòu)造的能力和應(yīng)急處置的能力，并及時作出針對性的措施。

圖1 高抽巷設(shè)計平面示意圖

4.4 密閉及抽采管路

在3316高抽巷安設(shè)2路直徑250mm的焊接管，管路接至高抽巷以里100m，抽放口周圍5m架設(shè)木垛保護(hù)。管路接好后，在高抽巷外口砌筑2道封閉墻，墻間距550mm，兩墻之間用水泥砂漿充填實，封閉墻墻垛用瓦石砌筑，墻垛厚度不得＜800mm，墻四周要掏槽，并使幫、頂接實，墻面要抹嚴(yán)不漏風(fēng)。

5 結(jié)語

通過合理的計算，確定了3316工作面高抽巷的布置位置，經(jīng)現(xiàn)場對上隅角瓦斯?jié)舛冗M(jìn)行觀測，觀測結(jié)果表明，在工作面回采期間，上隅角瓦斯?jié)舛染幱?.43%以下，可以完全滿足工作面生產(chǎn)過程中上隅角的瓦斯治理，實現(xiàn)工作面的安全生產(chǎn)，也為具有類似條件的工作面的高抽巷布置提供一定的技術(shù)借鑒。