浅析中兴煤矿底抽巷布置层位优化

姚生云

（汾西矿业 南关煤业，山西 灵石 031300）

1 概述

中兴煤业位于山西省吕梁市交城县岭底乡境内，井田东西长约5.5 km，南北宽约4 km，面积19.8625 km2，地质储量2.8亿吨，可采储量为2.0亿吨，可采煤层为2#、4#、5#、6#、8#、9#煤层。 其中2#、4#、5#为上组煤，6#、8#、9#为下组煤， 划分为+760 m、+680 m两个水平开采，现开采+760 m水平2#煤层,其他煤层均未开采，且5#煤层在井田内中部到西部与4#煤合并。矿井为高瓦斯矿井，2017年瓦斯等级鉴定结果为：瓦斯相对涌出量为21.67 m3/t，绝对涌出量为55.10 m3/min，CO2相对涌出量为4.94 m3/t，绝对涌出量为12.56 m3/min。煤尘均具有爆炸危险性，2#煤层自然发火等级为自燃（Ⅱ级），矿井水文类型为中等，属带压开采矿井，正常涌水量为20 m3/h，最大涌水量为30 m3/h。

2#煤位于山西组中下部，K4砂岩下40～57 m。煤厚0.78～2.26 m，平均1.17 m。煤层结构简单，不含夹矸。煤层顶板以泥岩为主，底板为泥岩、细粒砂岩，局部为粉砂岩。见表1。

表1 可采煤层情况一览

针对高瓦斯的局面，矿井以往采用高抽巷抽采+本煤层抽采+邻近层抽采+采空区沿空留巷留墙埋管等瓦斯治理方法对工作面瓦斯进行综合治理，但是效果均不是很好，而通过技术攻关发现底抽巷施工后，从底抽巷两帮分别施工穿层钻孔可解决2#煤层2个回采工作面的瓦斯，同时还可对4#煤层瓦斯进行提前预抽，服务年限长，使用范围广，因此底抽巷的层位选择及巷道的长期服务对于矿井的瓦斯治理及高效生产有着至关重要的作用。

2 底抽巷的优越性

1）底抽巷可对现回采工作面范围内煤层进行超前预抽，减少工作面在采掘期间工作面的瓦斯涌出量。而高抽巷只有在工作面回采期间瓦斯治理效果方能体现。

2）底抽巷服务年限长，一条底抽巷可通过向其他煤层施工穿层钻孔来实现其他煤层的瓦斯预抽，而一条高抽巷只可服务于一个回采工作面，抽采范围存在局限性。

3）底抽巷可对2#煤层工作面回采期间下邻近4#煤层的大量卸压瓦斯进行有效抽采，彻底消除下邻近层卸压瓦斯向开采空间的释放。而高抽巷只可对工作面裂隙带瓦斯进行抽采，下邻近层瓦斯无法有效治理。

3 底抽巷设计方案及对比分析

3.1 方案选取

中兴煤矿上组煤层为2#、4#、5#煤层。为了更好的治理瓦斯，底抽巷的布置有以下三种方案。

方案一：将底抽巷布置在4#煤层中；

方案二：将底抽巷布置于6#煤层中。

方案三：将底抽巷布置在4#煤层下10m左右的砂质泥岩中，顶板为粉砂岩。

3.2 方案对比分析

（1）从支护成本方面分析

① 将底抽巷布置于6#煤层中。6#煤层距离2#煤层40.7m，在2#煤层回采过程中，受工作面采动影响较小，巷道易于维护。但是支护成本高，施工进度慢，不能够满足我矿的生产衔接要求。

② 将底抽巷布置在4#煤层中。4#煤层上距2#煤层平均为6.1m，底抽巷在上覆2#煤层采掘过程中受动压及地质条件等因素影响易垮塌，难以进行维护，给开采2#和4#煤时遗留下隐患。

③ 将底抽巷布置在4#煤层下10m左右的砂质泥岩中，因顶板为粉砂岩，2#煤层回采时，巷道受采动影响小，巷道易于维护，但是巷道为全岩掘进，施工进度相对缓慢。

④ 支护成本及各项费用对比

以1900m的巷道为例，在6#煤层中布置底抽巷设备租赁费4230元/m，电费3081元/m，人工费用1300元/m，支护成本2722元/m，延米费用预计为11333元/m，总费用预计为2153.27万元。

在4#煤中布置一条底抽巷设备租赁费1057元/m，电费770.364元/m，人工费用1100元/m，支护成本2100元/m，延米费用预计为5027.364元/m，总费用预计为955.2万元从很大程度上降低了成本，提高了掘进工效。

在4#煤层下10m左右的砂质泥岩中布置底抽巷，设备租赁费3020元/m，电费2815元/m，人工费用1200元/m，支护成本2357元/m，延米费用预计为9392元/m，总费用预计为1784.48万元。

（2）从瓦斯治理效果和服务年限方面分析

① 在6#煤层中布置底抽巷可同时服务于2#、4#煤层2个可采煤层，同时在开采下组煤时可作为下组煤煤层的高抽巷，服务年限长，范围广。缺点是前期抽采工程量大。

② 在4#煤层中布置底抽巷只能服务一个回采工作面，2#煤层开采后，可对下邻近4#和5#煤层的大量卸压瓦斯进行抽采，解决上组煤开采时瓦斯影响。

③ 将底抽巷布置在4#煤层下10m左右的砂质泥岩中，通过施工穿层钻孔可对上覆2#、4#煤层瓦斯进行预抽，但是仅可服务于上组煤，服务年限相对较长，范围广。

（3） 掘进效率

从掘进效率上考虑，将底抽巷布置在6#煤层或4#煤层下10 m左右砂质泥岩中，巷道为全岩巷道，每月平均进尺为50 m，1900 m的巷道，预计需要38个月竣工，推进效率低，但是若采用岩巷专用大功率综掘机，平均进尺可达到100～120 m。如果将底抽巷布置在4#煤层中，每月平均进尺为200 m，1900 m的巷道，预计需要10个月竣工，工期将是在6#煤层中的1/4，有利于瓦斯的治理和生产需要。

通过支护成本、瓦斯治理效果、服务年限、掘进效率四个方面综合对比分析，结合矿井目前开采上组煤（2#、4#、5#煤层）的现状，在回采2#煤工作面时，将底抽巷布置在4#煤层下10 m左右的砂质泥岩中更为高效、合理，既有利于瓦斯治理，巷道掘进效率又可满足矿井接替需求。

4 底抽巷支护及钻孔布置

4.1 底抽巷支护方式

通过对底抽巷的设备安装、服务年限及巷道的顶底板情况、用途、支护材料及支护费用等进行综合考虑，确定底抽巷的支护参数如下：

（1）顶锚杆选用Φ22 mm×2400 mm左旋螺纹钢锚杆配套使用一卷K2355、一卷Z2355型锚固剂（快速药卷在上，中速药卷在下），锚杆呈矩形布置，每排6根，间排距800 mm×800 mm。

（2）帮锚杆选用顶锚杆选用Φ20mm×2200mm左旋螺纹钢锚杆配套使用一卷Z2355型锚固剂，锚杆呈矩形布置，每排3根，第一根帮锚杆距顶板500 mm，间排距1000 mm×800 mm。

（3）铺网：顶板、两帮铺设菱形金属网，其规格为10 m×1 m，所有锚杆必须压在金属网上面。

（4）锚索：顶锚索采用Φ17.8 mm×7300 mm钢绞线锚索，呈“三花”布置，距帮1500 mm，间排距1500 mm×1600 mm。

（5）锚杆托盘采用拱型高强度托盘,其规格为厚度δ=10 mm，Φ=120 mm；锚索钢板采用δ=16 mm的钢板制作，钢板规格δ16 mm×285mm×285mm。

4.2 底抽巷钻孔布置

底抽巷钻孔布置方式为：从底抽巷两帮分别施工穿层钻孔，钻孔终孔点穿入2#或4#煤层，对2#煤层和4#煤层进行瓦斯预抽。

图1 底抽巷钻孔布置平面

5 结语

本文通过对中兴煤矿底抽巷的层位选取进行设计，综合考虑巷道用途及服务年限、掘进效率及上组煤煤层情况，确定了底抽巷布置在4#煤层下10 m左右的砂质泥岩中更为合理，对于解决上组煤的瓦斯治理难题最为有效、高效，并进行支护参数确定及抽采效果对比。通过在现场数据的观测、分析，工作面回采期间抽巷抽采浓度达到20%以上，抽采量达到7 m3/min以上，而底抽巷抽采支管浓度达到30%～40%，平均抽采标量为8.13～8.37 m3/min，最大抽采标量达到了9.36 m3/min；且2/3的单孔浓度均达到了70%～80%，由此可知，底抽巷布置层位合理，抽采效果良好。