突出煤层底板抽放巷布置优化及应用

李 想 邵远洋 王海存

(1.河南能源义煤公司工程质量监督站；2.河南能源义煤公司常村煤矿)

突出煤层底板抽放巷布置优化及应用

李 想1邵远洋2王海存2

(1.河南能源义煤公司工程质量监督站；2.河南能源义煤公司常村煤矿)

为合理选择底板抽放巷的层位以保证瓦斯抽放效果及降低巷道维修费用，根据实际地质条件，采用数值模拟方法合理确定底板抽放巷与煤层间的垂距、平距及布置方式，运用理论分析得出12021轨道顺槽底板抽放巷采用垂距8～10 m、平距6 m的内错布置方式。通过钻孔瓦斯抽放量、区域防突效果及前探钻检验底板抽放巷穿层预抽瓦斯抽放效果，结果显示：瓦斯抽放总量为23.27万m3，抽放率达到30%，顺槽掘进期间，采场残余瓦斯含量为6.5 m3/t，小于7 m3/t的指标临界值，底板穿层钻孔抽放效果较好。

突出煤层 底板抽放巷 层位 瓦斯治理 数值模拟

新义煤矿为煤与瓦斯突出矿井，井田范围内只有二1煤层可采，不具备开采保护层实现区域消突的条件，只能采取布置底板抽放巷，利用穿层钻孔对煤层瓦斯预抽消突。由于底板抽放巷围岩要经历掘进期间应力重新分布及回采期间动压的影响，尤其是在工作面回采过程中引起的动压以一定的方式向煤层底板进行传递，导致底板巷道围岩重新分布，从而引起巷道围岩持续变形，而且底板抽放巷与煤层间的垂距、平距等参数直接影响到穿层钻孔的工程量及瓦斯抽放效果，所以，合理选择底板抽放巷的层位对保证瓦斯抽放效果及降低巷道维修费用具有重要的意义。

1 矿井地质概况

新义煤矿属新安煤田，一水平标高为-305 m，埋深达到700 m，井田内可采煤层仅有山西组的二1煤，二1煤层厚度变化大，厚0～15.47 m，平均为4.81 m，平均倾角为5°，煤体极其松软，硬度系数平均仅为0.2，属大采深三软煤层。煤层伪顶为泥岩和炭质泥岩，厚0～1.3 m，局部发育；直接顶为砂质泥岩，厚2～6 m，不稳定；老顶为细砂岩或中砂岩，厚度大于6 m；直接底为粉砂岩，厚6～10 m；老底为硅质泥岩，平均厚2.5 m，硬度系数f>10。矿井煤层绝对瓦斯涌出量为21.71 m3/min，相对瓦斯涌出量为9.38 m3/t，为煤与瓦斯突出矿井，二1煤尘有爆炸危险性，属不易自燃煤层。

2 底抽巷布置

2.1 层位及垂距的选择

根据12021工作面的状况，在煤层底板存在一层较稳定的粉砂岩，平均厚8 m，老底为硅质泥岩，硬度大，不易布置底抽巷，所以，考虑到岩层层位、煤层安全距离及巷道掘进的难易程度，将底抽巷布置在粉砂岩层中，与煤层底板保持6～10 m的安全距离。

2.2 内外错布置选择

由于工作面北部为井田边界，底板抽放巷内错布置时，当工作面采过后，底抽巷处于采空区下方，巷道始终处于卸压状态，利于底抽巷的维护。所以，选择为内错布置。

2.3 底抽巷平距的选择

实践表明，煤层透气性系数、钻孔抽采负压、钻孔密度等因素与煤层预抽瓦斯的效果密切相关，只是影响程度有所不同。采动后的煤层渗透系数急剧增加，瓦斯渗流速度增大，涌出量也随之增加。因此，在选择底抽巷水平距离时，要充分考虑到底抽巷对欲掘进煤巷位置及其附近的卸压作用，卸压越充分越有利于瓦斯抽放及煤巷的安全快速掘进。12021工作面轨道顺槽底板抽放巷道前方10 m、迎头正上方和迎头后方10 m的煤层采动位移见图1。

通过tecplot软件导出的煤层位移曲线见图2。当分析断面在底抽巷迎头后方10 m时，上部煤层卸压比较充分，煤层最大垂直位移量为3.6 mm；当距离底抽巷中线15 m左右时，煤层垂直位移有减缓的趋势；当分析断面在底抽巷迎头正上方时，上部煤层卸压略弱于-10 m处的影响程度，此时煤层最大垂直位移量为1.7 mm；当距离底抽巷中线10 m左右时，煤层垂直位移有减缓的趋势；当分析断面距离底抽巷迎头正前方10 m时，上部煤层基本不受采动影响，煤层垂直位移很小，此时煤层最大垂直位移量为0.3 mm。由此可知：底抽巷对欲掘进12021工作面轨道顺槽位置附近的煤层卸压作用有利于穿层钻孔瓦斯抽放及掩护煤巷的安全快速掘进，对于顶部的煤层卸压和防治瓦斯突出，起到了积极的作用。并且可知，底抽巷离煤层底板垂距为10 m时，底抽巷距离煤层顺槽的水平距离应尽量在10 m，此时，底板抽放巷道对煤层的卸压作用最强烈且施工穿层钻孔的长度比较合理。因此，平距选为6 m 是合适的。

图1 距离底板抽放巷迎头不同位置时的煤层位移

图2 煤层位移关系曲线

2.4 底抽巷的布置形式

12021工作面轨道顺槽底抽巷设计长度627 m，布置在二1煤层底板的粉砂岩中，与轨道顺槽呈内错布置，错距为6 m。掘进过程中巷道顶板距二1煤层底板保留8～10 m的安全岩柱，设计长度为579.3 m。图3为12021工作面轨道顺槽底抽巷的实际布置情况。其主要作用是通过穿层钻孔预抽轨道顺槽条带煤层瓦斯，保证12021轨道顺槽安全掘进。轨道顺槽底板巷每隔30 m布置1个钻场，在钻场内布置钻孔，进行冲孔并连管预抽轨道顺槽瓦斯。

图3 12021轨道顺槽底抽巷布置示意

3 底抽巷防突设计

12021轨道顺槽区域防突措施采用穿层钻孔预抽煤巷条带煤层瓦斯+水力冲孔卸压增透区域防突措施，具体设计如下：

(1)钻孔控制范围。控制巷道两帮各15 m，总控制宽度为36 m，两钻场间距为30 m，钻孔控制交叉距为5 m，控制长度为35 m，则措施孔控制范围为36 m×35 m。

(2)孔底间排距及钻孔数量。根据水力冲孔经验，钻孔水力冲孔后近3 d的有效影响半径在6～8 m。因此，在轨道顺槽两帮15 m范围内，采用间距6 m 的网格式冲孔+抽放钻孔(钻孔间距为终孔点间距)。根据底板巷掘进进度，穿层钻孔施工设计方式分2种：①有钻场的巷道段，每个钻场内布置7排、6列，共42个孔，孔径为133 mm；②没有钻场的巷道段，在正巷每6 m布置1列钻孔，每列7个钻孔。穿层施工钻孔布置见图4。

4 应用效果

通过从底板抽放巷穿层钻孔瓦斯抽放量、区域防突效果及前探钻3个方面检验底板抽放巷穿层预抽瓦斯抽放效果。

(1)12021工作面轨道顺槽底板预抽巷在抽的钻孔个数为880个，其中控制到工作面回采区域的钻孔个数为264个，穿层条带预抽钻孔6个月平均抽放量为0.003 4 m3/min，顺层条带预抽钻孔6个月平均抽放量为0.002 6 m3/min，控制到12021工作面回采区域抽出的瓦斯总量为23.27万m3，抽放率达到30%，抽放效果较好。

(2)穿层条带预抽钻孔预抽时间达到3个月后方可进行区域防突措施的效果检验，采用HFJ-5型瓦斯解析仪检验残存煤层瓦斯含量，指标临界值为7 m3/t。区域效检钻孔布置原则是等距离，尽可能远离穿层条带预抽措施钻孔，且尽可能选择措施钻孔密度较小的区域。沿条带工作面长度方向每间隔30～50 m布置一个区域效检钻孔。通过对轨道顺槽掘进期间煤壁前方残余瓦斯含量进行测定(共测15个循环，每个循环的进尺为30 m)，得出15次残余瓦斯含量的平均结果为6.5 m3/t，区域效检达标。

(3)12021掘进工作面区域效果检验指标达标，还必须在工作面掘进前在正头布置3个前探钻孔验证。验证孔深60 m，钻孔控制到顺槽两帮轮廓线外15m，掘进过程中保证前探钻孔超前距不小于20 m，在12021轨道顺槽掘进施工验证孔过程中正常排粉，没有出现夹钻、顶钻、喷孔等异常情况，因而区域防突措施有效。

图4 穿层施工钻孔布置(单位：m)

5 结 论

(1)根据新义煤矿的实际瓦斯地质条件，运用理论分析对底抽巷布置进行了详细分析，采用12021轨道顺槽底抽巷为垂距8～10 m、平距6 m的内错布置方式。轨道顺槽底板巷每隔30 m 布置1个钻场，在钻场内布置钻孔，采取瓦斯抽放+水力冲孔的方法连管预抽轨道顺槽瓦斯。

(2)底板抽放巷6个月抽放瓦斯总量23.27万m3，抽放率达到30%；顺槽掘进期间，平均残余瓦斯含量为6.5 m3/t，小于7 m3/t的指标临界值，底板穿层钻孔抽放效果较好，有效地保证了巷道快速、安全掘进。

2014-08-10)

李 想(1989—)，男，助理工程师，472300 河南省义马市银杏路银杏国际7号楼。