煤层瓦斯治理底抽巷位置优化研究

于涛

摘  要：为解决煤层中瓦斯突出煤层底抽巷多次采掘扰动下支护的难题，以淖尔壕煤矿己1406工作面4-2煤北翼，底抽巷为例，采用数值分析的方法，研究底抽巷内错、外错两种布置方式下围岩的变形特征与应力分布规律，结果表明：内错布置时底抽巷两帮移近量较大，巷道整体处于低应力区，外错布置时顶板下沉量大且两帮垂直应力集中系数分别为2.6、2.2，底抽巷服务周期长，巷道长期处于高应力环境，不利于巷道的稳定，确定合理的布置方式为内错布置。提出左帮密集锚杆支护、整体让压的底抽巷内错布置围岩控制技术，应用于实践，取得了良好的工程效果。

关键词：突出煤层;底抽巷;位置;内错;外错

中图分类号：TD353         文献标志码：A         文章编号：2095-2945（2019）22-0055-02

Abstract： In order to solve the problem of multiple mining disturbance support of bottom drainage roadway in gas outburst coal seam， this paper takes the north wing of 4-2 coal in Naoerhao Coal Mine as an example， the deformation characteristics and stress distribution law of surrounding rock under the internal and external layout of bottom drainage roadway are studied using the method of numerical analysis. The results show： when the inner fault is arranged， the two sides of the bottom drainage roadway move closer to each other， and the roadway as a whole is in the low stress area; when the outer fault is arranged， the roof subsidence is large， the vertical stress concentration factors of the two sides are 2.6 and 2.2 respectively; the service period of the bottom pumping roadway is long， and the roadway is in a high stress environment for a long time. All this is not conducive to the stability of the roadway. In this paper， the control technology of misarranged surrounding rock in the bottom pumping roadway with dense bolt support on the left side， and integral pressure is put forward， which has been applied to practice and achieved good engineering results.

Keywords： outburst coal seam; bottom pumping roadway; position; internal error; external error

抽采煤層瓦斯是有效防治煤与瓦斯突出的根本措施，与高抽巷相比，底抽巷钻孔质量高，瓦斯预抽、消突效果好，另外，底抽巷可兼作集中排水巷和回采巷道的辅助巷，因此，在煤与瓦斯突出矿井中被广泛应用[1-3]。底抽巷要为上、下两个工作面回采巷道的掘进进行瓦斯预抽采服务，期间经历两次掘进扰动和一次采动影响，巷道服务周期长，围岩变形量大，维护困难。底抽巷布置在回采巷道底板中，综合考虑瓦斯抽放钻孔不宜过长、抽放效果以及底板瓦斯抽放巷的维护等因素，一般有两种布置方式[3]，内错式布置和外错式布置，外错式布置为抽放巷布置在工作面侧向煤柱底板的低应力区，内错式布置为抽放巷布置在采空区下应力降低区。本文基于淖尔壕煤矿己1406工作面底抽巷外错布置和内错布置围岩控制效果的数值模拟研究，确定了合理的底抽巷位置，提出相应的围岩控制技术，取得了良好的工程试验效果，可以为类似工程提供技术借鉴。

1 工程概况

淖尔壕煤矿己1406工作面位于4-2煤北翼，平均埋深112m，南部回采完毕，北部现回采1406工作面，已回采稳定。所采4-2煤层厚度为2.20～4.52m，平均3.66m，为近水平煤层，本井无冲击地压，相对瓦斯涌出量0.53m3/t，绝对瓦斯涌出量1.63m3/min，有自燃倾向，自然发火期28天，有煤尘爆炸危险。试验巷道1404工作面运输巷，巷道宽5.6m，高度3.2m。

2 底抽巷位置优化

2.1 数值计算模型

采用FLAC3D模拟淖尔壕煤矿己1406工作面运输巷底抽巷开挖、淖尔壕煤矿己1406工作面运输巷开挖及淖尔壕煤矿己1406工作面回采过程，数值计算模型如图1所示。

2.2 底抽巷位置方案

淖尔壕煤矿己1406工作面回采后，其侧向支承压力在底板的传播决定了底板应力的大小与分布，数据显示：淖尔壕煤矿己1406工作面回采后，应该考虑钻孔的长度是否不宜过长，最适合布置底板瓦斯抽放巷的位置为底板深度大于20m，工作面前方10～15m和工作面后方10～15m的区域。选择两种布置方案，一是外错布置，与淖尔壕煤矿己1406工作面机巷水平距离16m，垂直距离为22m，外错布置巷道处于应力升高区，但受动压影响相对较小;二是内错布置，与淖尔壕煤矿己1406工作面机巷水平距离16m，垂直距离为22m，内错布置巷道整体处于应力降低区，但动压显现剧烈。具体位置关系如图2所示。

2.3 应力分布规律

底抽巷经历两次掘进扰动、一次采动影响后， 机巷相当于底抽巷的卸压巷，外错布置时，在底抽巷两帮形成大范围的垂直应力集中区，底抽巷与机巷间煤柱在掘进扰动叠加应力与在侧向支承压力共同作用下，有效承载面积迅速减小，机巷变形量增加，侧向支承压力主要由底抽巷左帮承载，左帮垂直应力集中系数高达2.6，右帮垂直应力集中系数为2.2，因巷道整体处于应力增高区，顶底板围岩形成大范围的垂直应力降低区。内错布置时，底抽巷经历强动压作用后，处于采空区下应力降低区内，因作用时间短，顶底板破坏范围小，垂直应力降低区范围也小，两帮没有明显的垂直应力集中区，但在左帮，至煤帮深度10m位置，垂直应力逐渐恢复至原岩应力，相比右帮，左帮承受的垂直应力较大，两帮偏载严重。

3 底抽巷围岩控制技术

内错布置底抽巷经过一次采动后，左幫变形量大且在动压作用期间，巷道变形剧烈，因此，提出左帮密集支护、整体让压的围岩控制技术，以围岩控制效果为基本指标，综合考虑支护成本、施工速度等因素，最终确定淖尔壕煤矿己1406工作面运输巷底抽巷的围岩支护方案。

两帮均采用φ20mmL2400mm的高强度让压锚杆，为提高左帮承载能力，其锚杆的布置间排距为700mm×850mm，右帮围岩变形较小，锚杆布置间排距为800mm×850mm，两帮均采用一支CK2335和一支Z2360树脂药卷加长锚固，锚固长度1.4m。

设计锚杆预紧力为400N·m，钢带选用φ14mm圆钢全焊接，全断面使用金属网。让压锚杆结构如图3所示，与普通锚杆相比，多一个让压管，新型让压管一般具有恒阻的特点，动压显现时，让压管先变形，期间支护阻力不变，达到塑性屈服极限后，相当于普通锚杆。

高强度锚杆让压不是普通意义上的卸压，而是高阻让压，不但能降低巷道浅部围岩应力，使其处于较易维护的应力环境，而且能增加支护强度，如图1所示，因整个让压过程锚杆基本处于弹性状态，锚固体强度可以视为不变，则让压后组合拱厚度增大，进而使支护强度增加。

4 结束语

依据工作面回采侧向支承压力在底板的应力大小与分布，综合考虑钻孔长度不宜过长，提出两种底抽巷布置方案，一是外错布置，与淖尔壕煤矿己1406工作面机巷水平距离16m，垂直距离为22m，外错布置巷道处于应力增高区，但受动压影响相对较小;二是内错布置，与淖尔壕煤矿己1406工作面机巷水平距离15m，垂直距离为20m，内错布置巷道整体处于应力降低区，但动压显现剧烈。

参考文献：

[1]何富连，赵勇强，武精科.深井高瓦斯碎裂软岩底抽巷围岩控制技术[J].煤矿安全，2018，49（09）：118-121.

[2]赵帅.胡底煤业底抽巷穿煤区域全锚索支护试验[J].煤矿现代化，2018（04）：34-35.