贺西煤矿高抽巷布置优化设计与应用分析

林艳东，闫志强

(1.汾西矿业集团 贺西煤矿， 山西 柳林 033000； 2.汾西矿业集团 通风处， 山西 介休 032000)

高抽巷布置在裂隙带内，顶板垮落后，邻近层及围岩内的瓦斯平衡受到破坏，由邻近层及围岩解吸的瓦斯沿裂隙向采空区流动，通过高抽巷将瓦斯抽出，从而解决工作面上隅角及回采巷道瓦斯超限问题[1]. 高抽巷较顶板走向钻孔能够提高瓦斯抽采量，同时解决了顶板走向钻孔在钻场接替期间效果差的问题，抽采效果更加稳定。较底抽巷抽采，高抽巷不用施工抽放钻孔对煤层瓦斯进行预抽，而是直接抽采开采煤层中产生的瓦斯，准备期较短，时效性较好，成本较低[2].

高抽巷的层位选择至关重要，将高抽巷布置在采空区裂隙带内才能起到预想抽采效果。通过对贺西煤矿高抽巷抽采参数进行研究，合理调整优化高抽巷层位、平距，使抽采效果达到最优化，以实现采空区和采动卸压瓦斯高效抽采，保证回采工作面安全生产。

1 贺西煤矿概况及瓦斯抽采现状

1.1 矿井概况

贺西煤矿为煤与瓦斯突出矿井，绝对瓦斯涌出量73.34 m3/min,相对瓦斯涌出量为14.09 m3/t，开采煤层自燃倾向性等级为Ⅲ类，属不易自燃煤层，煤尘具有爆炸性。工作面采用综合机械化采煤工艺，采煤方法采用走向长壁后退式，采用全部垮落法处理采空区顶板。

1.2 瓦斯治理现状

贺西煤矿采用地面固定抽放泵站系统对矿井瓦斯进行抽采，共建有2个瓦斯抽放泵站：薛家岭瓦斯抽放泵站和独胡峁瓦斯抽放泵站。总额定抽采能力为2 620 m3/min，矿井实现了分区、分源抽采。薛家岭瓦斯抽放泵站安装2台2BEC-72型水环真空泵、2台2BEC-52型水环真空泵；独胡峁瓦斯抽放泵站安装2台2BEC-80型水环真空泵，均为一台运行，一台备用。

矿井抽采方法为地面钻井，区域预抽，高抽巷、底抽巷、本煤层、邻近层、裂隙带、采空区、上隅角抽采多形式全方位井上下综合立体化抽采。

1.3 贺西煤矿高抽巷必要性

3314工作面位于贺西煤矿三采区3#煤层东翼中部，走向长2 076.5 m，倾向宽170 m，开采山西组3#煤层，块状，无夹矸，玻璃光泽，属半亮型煤；密度为1.39 kg/m3，倾角0°～6°，平均3°；煤厚1.2～1.95 m，平均厚度1.75 m，地质构造比较简单，基本呈单斜构造及次一级的褶皱构造。3314工作面布置有3314运输巷(出煤、进风)，3314材料巷(回风)，3314高抽巷。其中，3314运输巷断面为11.18 m2，3314材料巷断面为10.4 m2，3314切眼断面为13.92 m2.

3314工作面3#煤层原始瓦斯含量为6.01 m3/t，经计算，该煤层瓦斯储量为579.03万m3. 工作面采用本煤层瓦斯抽采钻孔对工作面煤层瓦斯进行抽采，2015年1月—2017年10月共抽采瓦斯317.6万m3，工作面瓦斯抽采率为54.85%.

相邻3312工作面回采期间，采取本煤层抽放和采空区抽放等措施后，仍然会出现上隅角瓦斯浓度过高甚至瓦斯超限状态，影响正常生产，采用本煤层和高抽巷抽采，上隅角瓦斯浓度低于0.5%. 3314工作面回采期间，预测最大绝对瓦斯涌出量26.05 m3/min，最大相对涌出量为15.63 m3/t. 根据相邻3312工作面回采期间的上隅角瓦斯浓度测定情况，预计3314工作面回采期间上隅角瓦斯浓度最大会超过0.7%，依然面临回采期间上隅角瓦斯浓度超限问题，需要再增加工作面瓦斯抽放能力，降低回风巷及上隅角瓦斯浓度。鉴于此，决定在3314材料巷施工一条高抽巷，以降低3314工作面回采期间回风巷及上隅角瓦斯浓度，防止上隅角瓦斯超限事故发生，保证3314工作面安全高效回采。

2 贺西煤矿高抽巷布置方案

2.1 3314高抽巷层位选择

工作面推进后采空区顶板冒落在竖直方向上形成三带，即冒落带、裂隙带、弯曲下沉带。裂隙带位于冒落带上方，此带内岩层受到冒落带岩块的支撑作用，会形成较多的裂隙，采空区瓦斯将会沿着裂隙运移、富集。此带内瓦斯含量大、浓度高，应将高抽巷布置在此带内。

中硬岩性煤层综采垮落带高度计算公式：

(1)

式中：

Hm—综采垮落带高度，m；

M—煤层厚度，m，取1.75.

计算得，顶板垮落带高度为14.68～19.68 m，平均为17.18 m.

中硬岩煤层导水裂隙带高度计算公式：

(2)

式中：

Hli—导水裂隙带高度，m；

M—煤层厚度，m.

计算得，裂隙带高度为32.94～50.52 m，平均为41.73 m.

根据2009年12月太原理工大学与贺西煤矿合作开展的《煤层瓦斯参数测定、本煤层和裂隙带瓦斯抽放工艺的优化课题研究报告》中的主要结论：裂隙带高度确定为采高的8～12倍，结合煤层综合柱状图，顶板岩层及含水层情况，综合分析确定3314工作面高抽巷层位选择在距3#煤层顶板20～25 m处，正好处在裂隙带内。

2.2 3314高抽巷设计方案

3314高抽巷在三采区3#轨道巷开口，穿越3#煤层至砂岩或泥岩中,距3#煤层顶板20～25 m处掘进。3314高抽巷导通回风系统后，施工3314高抽巷，从溜煤眼开始沿方位角121°掘进2 113 m. 先以8°上山掘进约120 m后，沿顶板稳定层位掘进(始终保持3314高抽巷底板距3#煤层顶板20～25 m，3314高抽巷右帮与3314材料巷左帮水平距离15 m). 剩余掘进距离200 m时，以5°下山掘进，保证高抽巷层位距3#煤顶板层间距控制在10～15 m. 3314高抽巷停掘位置超出3314材巷切眼5～10 m，3314高抽巷底板在停掘位置处与3#煤顶板层间距控制在8～10 m.

考虑巷道围岩性质、服务年限及用途，3314高抽巷设计为矩形断面，掘宽2.5 m，掘高2.1 m，顶板采用锚网支护，顶锚杆采用d20 mm×2 000 mm左旋螺纹钢锚杆，间距1 100 mm，排距900 mm，每排支护3根，配套使用d14-60-2400-3的钢筋圈梁压钢筋网支护[3]. 3314高抽巷保持距3#煤顶板20～25 m层位中掘进，平、剖面图见图1.

图1 3314高抽巷平、剖面图

为防止3314工作面在初采期间采空区与高抽巷无法裂隙导通，在3314切眼向3314高抽巷施工10个导通钻孔，以此解决初采期间采空区及上隅角、回风流瓦斯瞬间大量涌出的问题。

依据地质资料及《3314高抽巷作业规程》，3314高抽巷宽2.5 m，高2.1 m. 3314高抽巷与3314切眼处3#煤层顶板间的层间距为15 m，3314高抽巷导通孔在3314切眼内施工，距离3314切眼G1#测点17.4 m. 钻孔分两排布置，第一排导通高抽巷距底板1 m位置，第二排导通距底板2 m位置。钻孔施工由切眼向工作面实体煤回采方向进行。3314高抽巷导通钻孔布置图见图2.

图2 3314高抽巷导通钻孔布置图

2.3 3314高抽巷掘进安全注意事项

3314高抽巷施工过程中，需要随时掌握层位关系，而层位的控制是一个难点，主要通过以下几点进行控制：1) 根据3313、3312 高抽巷施工情况推断3314 高抽巷施工坡度。2) 通过标高对比，腰线辅助控制，严禁出现急上山或者急下山等。3) 通过揭露的岩层性质及煤线情况，推断层间距的厚度。

3314高抽巷掘进过程中，应注意以下事项：1) 3314高抽巷在巷道交叉点、贯通点处要注意顶底板情况，加强顶板支护。2) 高抽巷在掘进过程中遇到断层落差时，应及时采取措施。

2.4 3314高抽巷密闭及铺设抽采管路

在3314高抽巷巷道口构筑有两道密闭墙，墙体厚度0.8 m，采用料石砌筑，两道密闭墙间充填有1 m厚的黄土。密闭墙四周掏槽，并使帮、顶接实，墙面抹严不漏风。在密闭墙上埋设d450 mm的螺旋焊管，埋设高度大于密闭墙高度的2/3，依次安设了隔爆抑爆装置、孔板流量计、在线监测装置、蝶阀，并与回风巷内的d800 mm抽采管对接，作为3314高抽巷瓦斯抽采支管。高抽巷密闭墙埋管用于抽放裂隙带瓦斯，同时抽采3314采煤工作面回采时采空区及上隅角瓦斯。

3 高抽巷效果分析

根据初采期间抽采参数与推进度及高抽巷层位关系分析，在3314工作面推进33.5 m后，瓦斯抽采浓度、纯量逐渐增大，瓦斯浓度由1%升至2.1%，瓦斯纯量由1.8 m3/min升至3.78 m3/min，判断为工作面与高抽巷导通，此时高抽巷层位为16.8 m. 3314工作面推进度与高抽巷抽采关系见图3.

图3 3314工作面推进度与高抽巷抽采关系图

导通后随着工作面推进，瓦斯抽采浓度、纯量逐渐平稳，瓦斯浓度在2.1%～3.4%,瓦斯纯量在3.78～6.05 m3/min，平均每日瓦斯抽采量为6 820 m3/min，当时高抽巷层位为23.7 m.

高抽巷推进至192.7 m处，瓦斯浓度由3.4%升至4%，瓦斯纯量由6.05 m3/min升至7.31 m3/min，平均每日瓦斯抽采量为10 519.4 m3/min，此时高抽巷层位为31.4 m. 3314高抽巷推进至383 m，高抽巷层位为43.5 m，瓦斯浓度逐渐稳定在4%～4.6%，瓦斯纯量在7.31～8.75 m3/min，平均每日瓦斯抽采量为12 602 m3/min.

3314瓦斯抽采浓度与高抽巷层位成正比关系(21～38 m处)，瓦斯抽采浓度达到3%～4.6%，瓦斯抽采纯量为6.05～7.83 m3/min，3314高抽巷开始回采至246 m处负压在11.2～14.6 kPa，246～383 m处抽采负压在11.08～12.58 kPa，基本处于稳定。根据3314高抽巷抽采情况表(表1)可以看出，高抽巷层位越高，上隅角瓦斯越高。3314高抽巷层位与抽采量、抽采浓度关系见图4.

表1 3314高抽巷抽采情况统计表

图4 3314高抽巷层位与抽采量、抽采浓度关系图

3314工作面利用高抽巷抽采技术，工作面初采期间瓦斯抽采量增加，抽放率达70%～80%，风排瓦斯量减小，瓦斯不再成为制约安全生产的隐患，实现了工作面的高产高效和安全生产。

3314工作面已安全回采，3314材料巷本煤层管路抽采量为4.75 m3/min，抽采浓度为2%，运输巷本煤层管路抽采量为9.27 m3/min，抽采浓度为2%，3314高抽巷抽采量为150.18 m3/min，抽采浓度为6%，3314工作面风排瓦斯量为4.28 m3/min，工作面抽采率68.48%，上隅角瓦斯浓度为0.25%，工作面回风流瓦斯浓度为0.24%，实现了安全生产。

4 结 论

贺西煤矿3314高抽巷层位选择在距3#煤层顶板20～25 m处，水平投影距回风巷的平行距离要控制在15～20 m. 高抽巷在掘进过程中控制好层位，巷道最后100～200 m段要将层位下降至10～15 m，停掘位置超出切眼5～10 m，距切眼处层位控制在8～10 m，通过钻孔导通，确保在工作面初采期间，采空区间与高抽巷裂隙导通，以解决初采期间采空区及上隅角、回风流瓦斯瞬间大量涌出的问题。通过优化高抽巷布置参数，解决了回采期间采空区瓦斯超限问题，实现了回采工作面的安全回采。