沿空掘巷卸压消突范围的确定

陈才贤 苏 静 汤 铸 石开阳

(1.六盘水师范学院，贵州省六盘水市，553004；2.贵州水城矿业(集团)有限责任公司，贵州省六盘水市，553004)

★ 煤矿安全 ★

沿空掘巷卸压消突范围的确定

陈才贤1苏 静1汤 铸1石开阳2

(1.六盘水师范学院，贵州省六盘水市，553004；2.贵州水城矿业(集团)有限责任公司，贵州省六盘水市，553004)

以盛远煤矿为例，通过分析采空区周边煤体应力分布，结合钻屑量、残存瓦斯含量和突出危险性现场考察，确定了沿空掘巷卸压消突范围。结果表明：沿空掘巷卸压消突范围在16 m内是可靠的，在该范围内，残存瓦斯含量和钻屑瓦斯解吸指标均小于临界值，且掘巷期间未出现突出动力现象，说明卸压带在16 m内无突出危险性，可实现沿空掘巷安全快速掘进。

沿空掘巷 卸压消突区 残存瓦斯含量 钻屑瓦斯解析指标 突出危险性

随着我国开采深度增加，煤巷突出动力现象时有发生，影响煤巷掘进速度，煤与瓦斯突出危险已严重制约采掘接替。《防治煤与瓦斯突出规定》要求：“突出煤层巷道应优先布置在卸压区域”。国内大量研究表明,空区侧下部煤体存在一定宽度的卸压范围，本身已消除了突出危险性。在卸压范围内实施沿空掘巷，不仅能改善巷道支护条件，提高煤炭资源回收，同时能降低防突工程量，实现安全高效掘进。然而，卸压消突范围大小受到不同矿井煤层瓦斯赋存条件制约，且随着采煤方法、工艺的不同有明显差异，不能依据经验推断，必须通过现场实际考察确定。

本文对邻近采空区煤体进行钻屑指标、残存瓦斯含量测定，结合掘巷期间防突效果考察，综合确定合理卸压消突范围，为相邻突出煤层沿空掘巷顺利实施提供依据。

1 工程概况

盛远煤矿属于煤与瓦斯突出矿井，主采11#煤层厚度较稳定，其厚度一般在2.8 m左右，倾角8°～10°，含3～4层夹矸，瓦斯含量为15.78 m3/t。41111工作面开采11#煤层，运输巷走向长约380 m，梯形断面，采用锚网喷支护，掘进期间曾发生多次煤与瓦斯突出动力现象，且回采期间瓦斯涌出量大于3 m3/min。为保证安全生产，尤其是解决煤巷掘进瓦斯治理及煤与瓦斯突出问题，待41111工作面回采结束，且采空区顶底板稳定后，该矿设计沿41111工作面采空区留5 m煤柱沿空掘巷。41113回风巷位于四采区东翼，标高为+1678.7～+1687.9 m，巷道平面布置见图1。

图1 巷道平面布置

2 卸压消突带范围

钻屑法及残存瓦斯含量已经广泛应用于突出煤层采掘时所进行的消突效果验证。钻孔的钻屑量可以用来衡量矿山压力及煤层瓦斯动力大小指标，应力越大，钻屑量随之增加，因此，根据采空区周边煤层钻屑量变化情况可判断出应力集中区范围，并以此确定采空区卸压消突带范围。由于卸压消突作用，煤层瓦斯得到大量释放，瓦斯含量大大降低，通过实测煤层残存瓦斯含量，可验证卸压消突范围的可靠性。

2.1 卸压消突范围计算

煤巷掘进改变了原岩支撑应力状态，煤体内产生弹塑形变形，集中应力逐渐向深部转移，采空区周边煤体应力分布如图2所示。

沿空掘巷合理的卸压消突范围满足公式：

d≥w+b+c

(1)

式中：d——卸压消突范围，m；

c——煤巷掘进控制范围，m；

b——沿空掘巷宽度，m；

w——煤柱宽度，m。

根据盛远煤矿实际，41113回风巷设计留煤柱5m，巷道宽度4m，根据《煤与瓦斯抽采基本指标》规定，煤巷掘进控制范围取5m。将上述指标代入式(1)，可得满足沿空掘巷卸压消突的合理范围d≥14 m。

要确保巷道在卸压消突范围内掘进，必须现场实际考察卸压消突范围。

图2 采空区周边煤体应力分布

2.2 钻屑法确定卸压消突范围

为确定盛远煤矿沿空掘巷卸压消突范围区，在41111工作面运输巷120～150 m之间沿煤层中线平行布置施工2个顺层钻孔，孔深32 m，取每个钻孔在3 m、5 m、7 m、9 m、11 m、13 m、16 m 、19 m、22 m、25 m、28 m处的钻屑量，钻屑量与孔深的关系见图3，对所测钻屑量线性拟合见图4，进行回归分析见表1。

从图3可知，在孔深小于16 m，钻屑量随孔深的增加而增加，达到一定的钻孔深度后，出现应力峰值，之后钻屑量随孔深的增加而减小，钻屑量最大的位置即是应力集中区，约在孔深16 m处。

图3 钻屑量与孔深的关系

图4 钻屑量线性拟合

从图4可知，钻孔1、2拟合的2条曲线相交于一点，交叉点处对应的值即为应力峰值。钻孔1和钻孔2其拟合曲线交叉点处对应深度值分别为17 m和20 m，即应力集中区范围为17～20 m。

考虑数据在线性拟合时的离散型，需对应力集中应力区域数据进行验证，从表1可知，钻孔1实测偏差最大值为0.3，位于孔深13 m处，相对偏差最大值为7.55%，位于孔深11 m处。钻孔2实测偏差最大值为0.5，位于孔深11 m处，相对偏差最大值为10.79%，位于孔深16 m处。集中应力区域分布在孔深16～28 m范围内，其中在孔深16～19 m间所测数据全部超过或接近钻屑量临界值6 kg/m，孔深19～28 m间有将近50%的数据超过或接近钻屑量临界值6 kg/m。钻孔1从拟合公式回归值中的钻屑指标量最大为6.4 kg/m，最大钻屑量出现在孔深16 m处；钻孔2回归值最大为7.1 kg/m，位置在孔深19 m处，与表1的实测数据基本吻合。

从实测和数据拟合的钻屑量分析，应力集中区约在41111运输巷法线距离16～19 m。最终确定盛远煤矿41111工作面采空区卸压带范围为16 m。

表1 钻屑量数据回归分析

2.3 残存瓦斯含量验证卸压消突范围

在41111运输巷实测3组残存瓦斯含量，考察沿空掘巷卸压消突范围内煤层瓦斯含量分布规律。距41111运输巷170 m、240 m、300 m处，分别沿煤层中线平行布置施工2个顺层钻孔，孔深26 m，测定了残存瓦斯含量值，计66个残存含量值，如表2所示。

从表2可以看出，各钻孔的瓦斯含量总体呈现先增加再减小的趋势；从孔深17 m处开始，煤层残存瓦斯含量已达到或接近8 m3/t，具备突出危险性，究其原因是煤巷掘进改变了原岩支撑应力状态，煤体内产生弹塑形变形，集中应力逐渐向深部转移，在巷道侧煤体上方形成卸压区、应力集中区和原岩应力区“三带”。在应力集中区，由于裂隙受压闭合，煤层透气性降低，阻隔了原岩应力区煤体瓦斯运移，且瓦斯压力梯度增高；在卸压区内，煤体形成大量裂隙，透气性大大提高，受瓦斯压力梯度影响，瓦斯沿着巷道径向放散，瓦斯压力逐渐减小，随着时间的推移，瓦斯排放逐渐趋于稳定，形成一定宽度的卸压消突带。

表2 残存瓦斯含量统计 m3/t

根据盛远煤矿41111运输巷残存瓦斯含量测定结果，采空区卸压带影响范围在16 m内。通过钻屑量和残存瓦斯含量测定结果相互验证了对方的可靠性，表明沿空掘巷卸压消突范围在16 m内是可靠的。

3 沿空掘巷实际考察

在卸压消突合理范围内留5 m煤柱掘进41113回风巷，掘进误差偏离采空区1 m左右。在已掘距41113回风巷开口80～180 m之间，每隔10 m布置2个考察钻孔，孔深8 m，钻孔每钻进1 m测定该段的全部钻屑量S，每钻进2 m至少测定一次钻屑瓦斯解吸指标K1。统计考察钻孔最大值Smax和K1max如图5所示。

图5 钻孔校验指标

从图5可知，钻屑瓦斯解析指标K1max与Smax值均未超过规定临界值0.5 mL/(g·min1/2) 和6 kg/m，且掘巷期间未出现突出动力现象。41113回风巷实体煤帮侧8 m范围内基本消除了突出危险性，加上巷道宽4 m和煤柱宽5 m，采空区卸压消突范围在16 m内是可靠的，表明16 m范围内煤层的瓦斯压力及含量在掘巷前已得到充分释放。

4 结论

(1)分析了采空区周边煤体应力分布，结合钻屑指标现场测定，采用线性回归分析，得出应力集中区约在41111运输巷法线距离16～19 m，41111工作面采空区卸压带宽为16 m。

(2)根据41111运输巷残存瓦斯含量测定结果，采空区卸压带影响范围在16 m内。通过钻屑量和残存含量测定结果相互验证了对方的可靠性，表明沿空掘巷卸压消突范围在16 m内是可靠的。

(3)通过现场突出危险性考察，41113回风巷实体煤帮侧8 m范围内的钻屑瓦斯解析指标均低于临界值，且掘巷期间未出现突出动力现象，说明卸压带在16 m内无突出危险性，可实现沿空掘巷安全快速掘进。

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(责任编辑 张艳华)

Scope determination of pressure relief and outburst eliminating for driving roadway along gob

Chen Caixian1, Su Jing1, Tang Zhu1, Shi Kaiyang2

(1.Liupanshui Normal University, Liupanshui, Guizhou 553004, China;2. Guihzou Shuicheng Mining Group Co., Ltd., Liupanshui, Guizhou 553004, China)

Taking Shengyuan Mine as the example, analyzing the stress distribution of coal rockmass around gob, the scope of pressure relief and outburst elimination was determined, combined with field investigation of drilling bits, existing gas content and outburst danger. The results showed that the scope of pressure relief and outburst elimination for driving lanes along gob was reliable within 16 m. Existing gas content and gas desorption index of drilling bits were both smaller than critical value within this scope and there was no outburst dynamic phenomenon occurred during driving period, which indicated that pressure relief zone had no outburst potential within 16 m and driving along gob could be achieved safely and quickly.

driving along gob, area of pressure relief and outburst elimination, existing gas content, gas desorption index of drilling bits, outburst danger

贵州省教育厅自然科学研究项目(黔教合KY字〔2014〕283号)，贵州省科学技术基金项目(黔科合J字LKLS〔2013〕03号，黔科合LH字〔2014〕7465号)

陈才贤，苏静，汤铸等. 沿空掘巷卸压消突范围的确定[J]. 中国煤炭,2016,43(2),104-107，122. Chen Caixian, Su Jing, Tang Zhu，et.al. Scope determination of pressure relief and outburst eliminating for driving roadway along gob[J]. China Coal,2017,43(2):104-107，122.

TD713

A

陈才贤(1983-)，男，湖南郴州人，副教授，硕士，从事煤矿开采技术及岩石力学方面研究。