巷道预排瓦斯等值宽度考察研究与应用分析

王虹波

（陕西陕煤韩城矿业有限公司，陕西 韩城 715400）

1 煤矿工程作业面概况

本文以下峪口煤矿23202运顺邻近采空区为例，该掘进工作面位于矿井二水平排矸立井以西，2-3采区中部，与已回采的21203进风顺槽相邻，设计长度为953m。

该工作面主要地貌为山地、沟谷以及基岩裸露出，地表高度高程为717.1～844.7m，工作面高程为331～272m。由此可见，区域内部浅层与中深层盖山厚度较厚，中浅部与深部盖山厚度较薄。

该工作面地层产状总体呈一倾向W,倾角2°～6°，平均4°。掘进施工中主要揭露的地质构造以小断层构造及冲刷沉积薄煤区为主，受构造影响局部区域煤层顶底板起伏变化较大，对正常掘进有一定影响。

注重研究作业面瓦斯情况，依照回风顺槽工作面以及瓦斯地质图含量，发现某一地点运输顺槽掘进过程中的瓦斯涌出量最大，大约为每分钟1.35m3。为切实保障作业面后期运行期间的安全性，还需要建立巷道预排瓦斯宽度考察方案，确保巷道预排瓦斯宽度值更加全面精准。

2 巷道预排瓦斯宽度理论分析

2.1 分析巷道煤壁周边瓦斯

依照煤矿开采理论与实验研究结果，发现煤层瓦斯从煤壁到巷道深度分别划分为瓦斯充分排放区、瓦斯渗流区、原始瓦斯区。分别对应位置为卸压区、应力集中区、原始应力区等。

其中，瓦斯充分排放区主要就是在距离煤壁一定区域内，受到井下环境改变等因素影响，原始瓦斯可以得到充分释放，并通过巷道进回风流的方式，可不用进行抽空钻孔；瓦斯运移区又被称为应力集中区，在巷道掘进期间会受到采掘动力等因素影响。在围岩结构与煤体结构受到反复应力变化的情况下，应力区域瓦斯运移工作会形成一定的运移通道。随着采掘时间不断延长，越靠近巷道的位置，瓦斯运移也会越来越通畅；越靠近煤体深处，瓦斯运移速度将会逐渐变缓。

2.2 可解吸瓦斯含量方式

就目前来看，巷道预排瓦斯宽度考察工作主要包括瓦斯涌出量统计、瓦斯含量测定、经验公式计算、计算机模拟方式等辅助完成。为切实保障考察结果的全面性，也可以使用可解吸瓦斯含量分析方式。依照煤体瓦斯流变以及渗流理论，在煤壁暴露时间增加的情况下，瓦斯压力与瓦斯含量值将会进一步减少。在距离煤壁较远时，瓦斯含量以及瓦斯压力将不会发生明显变化。由于煤层内部瓦斯运移工作会受较多因素影响，因此在煤壁暴露时间达到一定程度时，还可以将巷道预排瓦斯等值宽度取常值，以便从根本上提高瓦斯宽度值精度与全面性。

3 巷道预排瓦斯宽度考察方案

经过实际调查研究发现，该工作面的埋深较大，采用沿空掘巷的方式，煤体将会承受较大的支撑压力。相较普通回采巷道而言，沿空掘巷力学环境存在较大差异，瓦斯排放效果不明显。

根据《防治煤与瓦斯突出细则》要求，掘进煤巷区域突防控制范围为巷道两侧轮廓线不低于15m。因此为确保工作面能够在后期顺槽掘进期间实现安全掘进要求，应当严格遵循沿空煤体应力以及瓦斯参数的分布规律，合理设定力学条件下的煤空煤体瓦斯排放宽度。

现场考察参数，着重考察工作面实体煤一侧的瓦斯含量，分析瓦斯含量指标变化规律，确定工作面沿空煤体以及填空巷道的瓦斯排放宽度，为后续工作面掘进工作提供重要参考依据。

在工作面迎头向实体煤侧施工长钻孔（94mm），测试不同深度条件下的煤层瓦斯含量。钻孔施工时，应尽量避免区域措施钻孔的影响，此钻孔应当在每轮区域措施钻孔执行前施工，区域措施钻孔可根据此钻孔实际进行调整，开孔位置为巷道迎头左帮实体煤侧，连续测试3轮，如图2所示，参数见表1。

表1 钻孔取样参数记录表

4 巷道预排瓦斯宽度考察结果

4.1 沿空掘巷防突原理

由矿压显现原理可知，在长壁回采工作面一侧采空区的煤体或煤柱结构中，如支撑存在压力较大，该压力将会从煤体边缘到深部造成松塌区、松弛区、塑性区等情况。其中，松塌区的围岩结构已经出现松动与塌落情况，不能够完全承受垂直压力，但仍然可以继续传递水平应力。在松弛区域内，围岩结构已经出现位移情况，围岩结构的强度被削弱，只能够承受住原始压力荷载，因此被称为卸载区与应力降低区。塑性区域需要承受住较高的原始压力，其与应力升高的弹性区域结合在一起，被统称为承载区或者盈利升高区。在塑性区与弹性区的交界处，通常是垂直应力最高的地点。

4.2 沿空条带煤柱卸压宽度研究

依照巷道预排瓦斯宽度理论，在沿空条带煤柱工作面顺槽掘进期间，需要细致分析卸压带范围，巷道掘进期间的煤层暴露初期与瓦斯流场非稳定状态。煤体瓦斯含量以及瓦斯压力值会随时间的变化而变化。在迎头掘进后，非稳定流场内部瓦斯数量变化剧烈，随后趋于稳定状态。

经过大量实验研究表明，在巷道周边裂缝与卸载区域最终边界与卵形更为接近，因为卵形的偏心率较小，实际卸载压力范围可以用半径表示，卸载圈的最终半径约等于巷道区域的3～4倍。在掘进工作面的瓦斯释放一段时间后，由于瓦斯借助扩散层与渗透流等形式进入巷道之内，在距离巷道煤壁较远的地方，煤层的原始瓦斯含量也会受到严重不利影响，通过实际分析掘进巷道区域内部瓦斯宽度，发现瓦斯含量较低区域与掘进巷道时间、巷道宽度值密切相关。通过计算出巷道宽度值，可以估算瓦斯较长时间排放后的降低区域。

4.3 工作面实体煤侧瓦斯含量考察结果

在23202运顺工作面迎头向实体煤侧施工长钻孔，测试不同深度条件下的煤层瓦斯含量。在钻孔施工过程中，需要根据区域内实际钻孔要求，对钻孔位置进行细致调整。要求开口位置应当为巷道左帮实体煤侧，连续测试3轮。

实际测量工作应当涉及倾角、偏角、距21203采空区对应宽度、剩余外丝含量等的内容。根据《防治煤与瓦斯的突出细则》要求布置测点，向煤层施工直径为94mm钻孔，共施工参数测定钻孔6个，测点15个。测点需要分别取位于巷道前进方向左侧轮廓线外5m、10m、15m、20m、25m，取样测定23202运顺巷道前进左帮15m范围内残余瓦斯含量最大值为7.6408m3/t，小于8m3/t。结合工作面沿空掘巷防突原理，分析沿空条带煤柱卸压宽度，以便制定出专项考评的实际开采与掘进计划。

造成沿空掘巷煤层风险问题的原因主要就是卸压区内部煤体结构受到破坏，地应力降低，卸压范围内部的煤层透气性能增大，吸附的大量瓦斯被释放，导致煤层在实际施工期间出现较多较多安全隐患。煤层巷道需要优先布置在被保护区域内，要求其他卸载区域无明显突出问题。由于巷道前进方向左侧15m内已经消除了煤与瓦斯的危险性，因此可以判断采空区域内卸载排放宽度为前进方向向左15m的范围内是安全的，巷道预排瓦斯宽度值有效，并可以为后续工作面防突管理机制的优化提供重要理论依据。

5 结语

总而言之，通过分析巷道预排瓦斯宽值考察结果，能够切实提升后续开展水平，为开采管理机制的设定提供重要参考依据。具体来说，本文案例中的沿空掘巷内部煤体被破坏，地应力降低、卸压范围内的煤层透气性能增大，吸附的大量瓦斯得到释放，减少突出问题发生概率。为切实保障巷道实际运行质量，需要保障采空区预排瓦斯等宽度值精准度，制定出专项可行的防突管理对策。