东曲矿高抽巷合理位置研究

郭 坦

(西山煤电集团有限责任公司 技术中心，山西 太原 030053)

东曲矿高抽巷合理位置研究

郭 坦

(西山煤电集团有限责任公司 技术中心，山西 太原 030053)

综采工作面高抽巷在实际应用过程中，若不充分考虑开采引起的覆岩活动规律，实际抽放瓦斯效果会不理想。本文通过相似材料模拟试验，对西山煤电集团东曲矿28202工作面高抽巷位置进行合理布置，并通过现场工业试验，对高抽巷的位置进行优化，得出接替工作面高抽巷布置时应考虑进一步增大内错距离，内错工作面30～50 m，高抽巷主要部分的高度增至50～60 m. 最终确保了瓦斯的有效抽采。

瓦斯；高抽巷；合理位置；相似材料模拟；裂隙带

1 煤矿概况

西山煤电集团东曲矿位于古交市市区，可采储量4.6亿t，设计生产能力400万t/年，矿井主采2#、4#、8#、9#煤层，矿井瓦斯相对涌出量12.86 m3/d，最大绝对涌出量82.18 m3/min，属于高瓦斯矿井。同煤层的采空区、上覆煤层泄压区域与围岩区域为瓦斯涌出的主要区域。现阶段，矿井开采的深度逐渐加大且采煤工作面单产效率日益提高，必然会造成工作面绝对瓦斯涌出量的增加，针对这一问题，现场实践中多采用增大配风量的方式治理工作面的瓦斯，但效果并不明显。因此，如何有效地治理采空区瓦斯、消除安全隐患，成为提高工作面单产的关键因素。

2 相似材料模拟研究

为有效确定高抽巷的合理位置，通过参考以往工作面回采对上覆岩层活动规律的影响及瓦斯抽放经验，根据东曲矿28202工作面的实际地质情况，进行了相似材料模拟实验。实验模型见图1.

图1 28202工作面高抽巷实验模型图

本次实验采用长5.0 m×高1.0 m×宽0.3 m的相似模型。利用矿压控制中“垮落带、裂隙带、弯曲下沉带”的相关理论计算，代入部分数据并进行初步计算可知：该工作面垮落带高度为11.8 m，裂隙带高度为41.12 m. 实验的主要目的是针对28202工作面的地质条件布置合理位置的高抽巷。相似模拟过程中，将28202工作面布置在8#煤层，采高选定为3.5 m，结合实际情况开挖距离为5 m，平均每次的开挖量为5 cm，以此来模拟该工作面的推进过程。选取在上覆垮落带顶部(距8#层10 m)、裂隙带底部(距8#层15 m)、裂隙带中上部(距8#层40 m)、裂隙带上部(距8#层45 m)不同层位布置4条高抽巷，通过研究上覆层位裂隙的发育变化情况分析各层位高抽巷围岩变形与裂隙导通的规律。通过对实验结果分析可知：

1) 工作面开始推进至40 cm位置时，其上覆岩层开始在横向产生裂隙并逐渐出现离层；工作面继续推进到50 cm位置时，基本顶初次垮落，垮落高度5 m；当工作面推进到65 cm时，上覆岩层垮落并弯曲下沉，垮落高度14.8 cm，对应现场垮落带高度14.8 m；当工作面继续推进到120 m时，上覆岩层出现周期性垮落。如当工作面开采至105 cm时，当工作面继续向前推进20 cm后，基本顶悬露垮距达到极限值，继续推进5 cm，基本顶失稳，并伴随有上覆岩层裂隙发育和工作面周期来压。相似模拟实验结果表明，28202工作面周期来压步距为25 m，与实测值23 m相一致。

2) 工作面整个推进过程中，经过开采后的工作面顶板的裂隙发育是紧跟着开采边界的，顶板产生的裂隙分布特征为：顶点在边界且与水平线夹角45°左后；对于永久开采后的边界，其顶板的裂隙分布特征为：裂隙出现较快但不向煤柱方向扩展，顶点在边界且与水平线夹角60°左右，见图2.

图2 永久边界和移动边界的裂隙发育范围图

3) 走向方向未达到充分采动前，上覆岩层的三带高度发育不充分。当工作面推进到65 m时，垮落带基本形成，但上覆岩层的裂隙带发育不充分。当工作面推进到120 m时，裂隙带已基本形成。随着工作面的推进，裂隙带中的裂隙进一步发育，达到距切眼135 m的位置后，其上覆岩层裂隙发育到最大值，随着工作面的继续推进，其上覆岩层产生的裂隙逐渐开始闭合，工作面顶板开始出现周期性的垮落。上覆岩层裂隙带中裂隙的发育规律为：产生—缩小—闭合。

当工作面推进到180 m后，永久边界上方的裂隙发育才充分。

4) 据上述实验结果，在工作面推进长度小于65 m的区域，高抽巷宜布置于裂隙带的底部，当工作面推进长度大于65 m时，高抽巷的位置不宜布置很高，可布置在裂隙带的下部；当工作面推进长度大于110 m以后，高抽巷的位置可适当提高，根据上述实验结果，考虑不充分采动的影响，高抽巷位置应按45°裂隙角考虑。当工作面推进到180 m以后，高抽巷的位置可按45°～60°裂隙角考虑，但应控制在60°裂隙角以下，不应超出60°.

3 现场工业试验

当28202工作面高抽巷完成布置后，28202工作面于2011年10月15日开始回采。通过对瓦斯高抽巷的抽放情况进行监测，进而对28202工作面高抽巷的瓦斯抽放情况进行评价，总结瓦斯活动规律，对相似条件下的高抽巷位置进行优化，最终确定合理的高抽巷的位置。

从开始开采到2011年6月11日，整个观测期间该工作面共推进776 m，且推进过程中28202工作面的高抽巷中实测瓦斯涌出量最大值为25.91 m3/min，最小值为7.3 m3/min，平均值为15.62 m3/min. 经计算，开采过程中高抽巷的瓦斯抽采量占到总抽采量的56.1%. 平均绝对瓦斯涌出量39.32 m3/min，其中风排平均瓦斯涌出量11.46 m3/min，则28202工作面高抽巷瓦斯抽出率为39.7%. 28202工作面高抽巷抽放瓦斯浓度变化曲线见图3，瓦斯抽放量变化曲线见图4.

图3 28202工作面高抽巷抽放瓦斯浓度变化曲线图

图4 28202工作面高抽巷瓦斯抽放量变化曲线图

由图3与图4的结果分析可知，28202工作面在推进过程中，其高抽巷中瓦斯抽采浓度最大值约为12.7%(抽采初期瓦斯抽采浓度高达21.3%，但持续时间较短，因此不作为研究范围)。经现场实测，该高抽巷内瓦斯绝对涌出量由8.43 m3/min增加至20 m3/min左右，最终峰值可达25.91 m3/min.

由图3，图4可以看出，刚开始生产期间，由于工作面未受到充分采动，工作面采空区上方围岩尚未完全垮落，高抽巷还未与工作面采空区之间形成裂隙通道，工作面采空区的瓦斯还未进入高抽巷内，只有高抽巷围岩的瓦斯涌出，其瓦斯浓度低于5%，其绝对瓦斯涌出量小于10 m3/min. 当工作面开采114 m以后，随着采空区上覆岩层的弯曲破断。

随着工作面继续推进到300～500 m，工作面上部围岩周期性垮落，新的裂隙不断生成，而充分采动区围岩的裂隙也在不断闭合，致使这期间高抽巷内瓦斯浓度提升缓慢，而绝对瓦斯涌出量趋于平稳，只是在断层、节理等地质构造等条件的影响下，高抽巷的绝对瓦斯涌出量稳定在9%左右。此后当工作面推进距离超过600 m后，高抽巷抽出瓦斯的绝对涌出量减小，同时，配风量的减小使得高抽巷瓦斯涌出量减小的趋势更加明显。

4 结 论

1) 相似模拟实验表明，随着28202工作面的推进，工作面采空区上覆围岩裂隙带的发育状况产生相应变化。

2) 当工作面推进到65 m时，垮落带基本形成，此时上覆岩层的裂隙带发育不充分；当工作面推进到120 m时，裂隙带基本形成，裂隙主要集中在裂隙带下部；当工作面推进到135 m时，上覆岩层中裂隙发育最明显，继续推进则裂隙逐渐闭合；当工作面推进到180 m时，位于工作面永久边界位置的上覆岩层的裂隙发育到最充分。

3) 结合实验研究结果可知，不断推进的工作面其顶板的裂隙发育范围：顶点在开采边界，与水平方向夹角45°左右且位于采空区一侧；对于永久边界位置而言，工作面顶板裂隙发育范围：顶点在开采边界，与水平方向夹角60°左右。

4) 目前，高抽巷尚未达到设计中理想效果。表明高抽巷的整体高度仍然偏低，另外工作面推进过程中，在采空区位置其高抽巷与工作面仍能导通风流，最终使得高抽巷瓦斯浓度偏低。结合上述分析，其接替工作面高抽巷布置时应考虑进一步增大内错距离，内错工作面30～50 m，高抽巷主要部分的高度增至50～60 m.

[1] 陈家祥.顶板抽放瓦斯的理论与实践[J].煤矿安全,2002(3):3-4.

[2] 刘泽功.开采煤层顶板抽放瓦斯流场分析[J].矿业安全与环保,2000(3)：5-6.

[3] 许家林,孟广石.应用上覆岩层采动裂隙“O”形圈特征抽放采空区瓦斯[J].煤矿安全,1995(7)：2-4.

Study on Reasonable Position of High Extracted Roadway in Dongqu Coal Mine

GUO Tan

In the process of practical application of fully mechanized coal mining face, if the law of overburden movement in roof caused by mining were not fully considered, the actual effect of gas drainage would be not ideal. In this paper, by the similar material simulation testing, the position of the high pumping roadway in the Dongqu coal mine of Xishan Coal and Electricity Group is arraned reasonably, and the position of the high pumping roadway is optimized by the field industrial experiment, and the high pumping roadway Should be considered to further increase the interval distance to 30～50 m, high pumping height to 50～60 m in major part. So to achieve the purpose of effective gas drainage.

Gas; High extracted roadway; Reasonable position; Similar material simulation; Fissure zone

2016-08-17

郭 坦(1987—)，男，河南周口人，2010年毕业于河北工程大学，工程师，主要从事煤矿生产技术管理工作

(E-mail)276256606@qq.com

TD263.1

B

1672-0652(2016)10-0029-03