突出煤层群底抽巷“一巷多用”技术研究

白爱卿，任志保

(1.华晋焦煤有限责任公司 沙曲一号煤矿， 山西 柳林 033300； 2.华晋焦煤有限责任公司， 山西 吕梁 033300)

随着我国煤炭开采力度的不断加大，埋深较浅的煤炭资源逐渐减少甚至部分出现枯竭，越来越多的矿井面临着深部开采的难题[1]，如煤层地应增大，瓦斯压力、瓦斯含量不断增加，煤层瓦斯灾害发生的复杂性及危险性程度也明显增加。近些年来，随着我国无煤柱、煤与瓦斯共采技术的不断完善，通过采用首采层卸压开采可实现对本煤层及邻近层煤层瓦斯的抽采，实现煤与瓦斯的共采[2]，有效缓解深部煤炭资源开采所面临的问题。

实现煤与瓦斯共采，其技术难点集中在瓦斯的高效抽采。对于我国大多数高瓦斯煤矿，从治理瓦斯所布置的巷道数量来看，大致分为一个高瓦斯工作面同时布置3条瓦斯治理巷道[3，4]、4条瓦斯治理巷道[5，6]、5条瓦斯治理巷道[7，8]甚至6条瓦斯治理巷道[9，10]. 但是受深部开采条件的影响，采动应力影响范围、影响程度及影响时间都将远大于浅部开采条件[11]，使得巷道的掘进和维护成本都将增加，而且还易成为威胁矿井安全的一大隐患。因此，从矿井安全生产及经济效益方面来说，矿井瓦斯治理巷道布置数量越少越好。

以沙曲煤矿工作面存在的瓦斯和水同时涌出的复合型问题为背景，为了实现对煤层瓦斯和涌水的综合治理，解决采掘工作中煤与瓦斯突出、瓦斯超限、防治水和疏排水的问题，提出了底抽巷的“一巷多用”治理模式，通过在二采区煤层底板岩层中布置一条底抽巷，解决上覆煤层的瓦斯预抽、区域性治理太灰水、采空区积水等问题，发挥底抽巷“一巷多用”的治理功能，保证矿井的安全高效开采。

1 2号底抽巷概况

沙曲煤矿隶属于华晋焦煤有限责任公司，生产能力300万t/a，后改扩建为沙曲一号煤矿(500万t/a)和沙曲二号煤矿(300万t/a). 矿井在2014年5月被鉴定为煤与瓦斯突出矿井。矿井以两个水平开拓全井田，一水平开拓山西组2#、3#、4#、5#煤，水平标高+400 m，二水平开拓太原组6#、8#、9#、10#煤。矿井目前生产水平为+400 m,矿井属带压开采矿井，水文地质类型属中等。

根据沙曲煤矿上组煤煤系地层实际赋存情况，经反复研究论证，设计确定在主采5#煤层下部L5灰岩底板布置2号底抽巷。2号底抽巷为半煤岩巷道，设计长度1 479 m，巷道设计断面不低于10 m2，保护煤柱以外长度1 200 m. 设计定向钻孔320个，单孔深度500 m，进尺160 000 m. 巷道规划d450 mm瓦斯抽放管路一趟，长度1 479 m；d320 mm瓦斯抽放管路一趟，长度1 479 m；排水管路2趟，2 958 m，2号底抽巷示意图见图1.

图1 2号底抽巷示意图

2 2号底抽巷钻孔布置概况

在巷道左右帮每隔15～20 m交替施工一个迈步式钻场，利用孔口回转式钻机和孔底定向钻机在钻场内布置上向扇形钻孔，先后对5#、3+4#煤层施工前部穿层后部顺层的定向钻孔，对上部采掘区域提前进行煤层瓦斯预抽，释放煤层瓦斯压力，消除煤与瓦斯突出危险，解决回采期间的瓦斯问题，待预抽达标后方可进行采掘活动。另外，当3#煤层保护层工作面回采时，施工的穿层钻孔可对4#和5#煤层的卸压瓦斯进行抽采，保证4#和5#煤层工作面回采期间的安全。底抽巷定向穿层钻孔剖面示意图见图2.

图2 底抽巷定向穿层钻孔剖面示意图

工作面回采完成后形成的采空区会有一定量的积水，底抽巷是位于保护层和被保护层工作面下方的一条岩石巷道，其层位明显低于采空区，可利用底抽巷的位置优势，提前对采空区积水进行疏排，疏排完成后被保护层工作面掘进时则可以不进行探放采空区积水作业。在已施工钻孔(图2)基础上，进行二次施工形成疏水钻孔,见图3.

图3 定向顺层钻孔疏放煤层采空区积水示意图

3 底抽巷“一巷多用”及效果分析

3.1 掩护巷道掘进

沙曲煤矿14301工作面轨道巷掘进前，利用其底抽巷向煤巷掘进范围内提前施工穿层钻孔进行预抽，穿层钻孔控制在巷道轮廓线两侧外各15 m，利用穿层钻孔对上部待掘巷道煤层瓦斯进行区域预抽消突，达到掩护煤巷安全掘进的目的，底抽巷穿层钻孔预抽14301工作面轨道巷示意图见图4.

图4 底抽巷穿层钻孔预抽14301工作面轨道巷示意图

3.2 抽采主采煤层瓦斯

在底抽巷利用千米定向钻机对上部工作面回采区域施工穿层定向区域预抽钻孔，对回采工作面本煤层瓦斯进行预抽消突和治理瓦斯。钻孔采用千米定向钻机施工，开孔先穿过底抽巷顶板上部L5灰岩见目标5#、3+4#煤层后，沿目标煤层走向和设计目标方位轨迹定向施钻至设计孔深的方式施工，钻孔单孔设计深度450～500 m，穿层定向孔从开孔到见目标煤层之间的钻进穿岩段，留下的空白区域,采用定向钻机沿倾向在巷道顶板补充布置条带式穿层定向钻孔，消除沿走向布置钻孔钻进穿岩段未预抽煤层空白带，最终完成整个区域的抽采覆盖，定向长钻孔顺层抽采瓦斯平面图见图5.

图5 定向长钻孔顺层抽采瓦斯平面图

3.3 保护层开采时抽采卸压瓦斯

沙曲煤矿属于近距离突出煤层群，其特点是一层开采多层卸压、首采煤层开采后邻近层透气性显著增大，利用底抽巷穿层钻孔实现卸压抽采，可以拦截邻近层瓦斯向上部开采煤层采空区涌入，见图6.

图6 底抽巷卸压带瓦斯抽采示意图

3.4 治理太灰水

沙曲煤矿主采上组2#煤、3+4#煤、5#煤和下组6#煤、8(8+9、8+9+10)#煤，太灰水静水位平均标高为+780 m，4号煤底板最大标高为610 m，均位于太灰水平均标高之下。该矿为全井田带压开采，太灰水虽然承压，但是富水性弱-极弱，其单独产生灾害倾向性可以忽略，但由于其局部发育不均匀，当忽略的灾害因素(太灰水)一旦和另一个因素(煤层瓦斯)结合，危害程度就会无限放大。矿井上组煤层在采掘活动中曾发生过太灰底板涌水伴随引起的瓦斯超限事故。

因此，在底抽巷采用“一巷多用”(构造和瓦斯)的形式，可以超前探明可能导水(瓦斯)构造情况、释放瓦斯压力后掘进巷道涌水涌瓦斯的几率和危害程度的变化。通过井下钻探和物探查明试验区主要导水(瓦斯)构造情况的分布情况，可以对重点区域太灰水和瓦斯进行针对性治理(疏水、卸压瓦斯)，并获得太灰水及混合瓦斯涌出的机理模型，在此基础上确定有效的太灰水安全防治技术措施。采取太灰水安全防治技术措施后，治理区域内太灰水混合瓦斯涌出事故几率可降低到可控状态，甚至杜绝。

3.5 疏放采空区积水

矿井在上部煤层采掘前，可以在底抽巷施工探放水钻孔对采空区积水进行疏放。同时上部工作面遇低洼积水处，可在底抽巷设计施工疏放水钻孔，利用钻孔疏水至底抽巷,并将底抽巷作为临时水仓进行集中排水，这样既便于积水快速排除，同时不影响上部采掘活动。

3.6 集中排矸

待上部所有采掘活动完成，底抽巷趋于废弃巷道时，可将开掘矸石填充于废弃底抽巷空间内,可大幅减少井下到地面的提矸量，降低地面矸山治理工程量，起到节能减排、降低成本的效果。

4 结 论

1) 沙曲煤矿底抽巷在前期作为区域预抽瓦斯治理工程，进行打钻消突；采中底抽巷施工的钻孔发挥卸压拦截抽采作用，同时底抽巷作为采煤工作面回风巷；采后底抽巷施工钻孔进行采空区瓦斯抽采。

2) 工作面采掘前后和采掘期间，底抽巷可以用于治理太灰水及疏放采空区积水，防止工作面涌水与煤层瓦斯发生共害的隐患，且其后期作为排矸阵地，实现了底抽巷“一巷多用”的功能。