煤層瓦斯治理底抽巷位置優(yōu)化研究

于濤

摘 ?要：為解決煤層中瓦斯突出煤層底抽巷多次采掘擾動(dòng)下支護(hù)的難題，以淖爾壕煤礦己1406工作面4-2煤北翼，底抽巷為例，采用數(shù)值分析的方法，研究底抽巷內(nèi)錯(cuò)、外錯(cuò)兩種布置方式下圍巖的變形特征與應(yīng)力分布規(guī)律，結(jié)果表明：內(nèi)錯(cuò)布置時(shí)底抽巷兩幫移近量較大，巷道整體處于低應(yīng)力區(qū)，外錯(cuò)布置時(shí)頂板下沉量大且兩幫垂直應(yīng)力集中系數(shù)分別為2.6、2.2，底抽巷服務(wù)周期長，巷道長期處于高應(yīng)力環(huán)境，不利于巷道的穩(wěn)定，確定合理的布置方式為內(nèi)錯(cuò)布置。提出左幫密集錨桿支護(hù)、整體讓壓的底抽巷內(nèi)錯(cuò)布置圍巖控制技術(shù)，應(yīng)用于實(shí)踐，取得了良好的工程效果。

關(guān)鍵詞：突出煤層;底抽巷;位置;內(nèi)錯(cuò);外錯(cuò)

中圖分類號(hào)：TD353 ? ? ? ? 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A ? ? ? ? 文章編號(hào)：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與瓦斯突出的根本措施，與高抽巷相比，底抽巷鉆孔質(zhì)量高，瓦斯預(yù)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輔助巷，因此，在煤與瓦斯突出礦井中被廣泛應(yīng)用[1-3]。底抽巷要為上、下兩個(gè)工作面回采巷道的掘進(jìn)進(jìn)行瓦斯預(yù)抽采服務(wù)，期間經(jīng)歷兩次掘進(jìn)擾動(dòng)和一次采動(dòng)影響，巷道服務(wù)周期長，圍巖變形量大，維護(hù)困難。底抽巷布置在回采巷道底板中，綜合考慮瓦斯抽放鉆孔不宜過長、抽放效果以及底板瓦斯抽放巷的維護(hù)等因素，一般有兩種布置方式[3]，內(nèi)錯(cuò)式布置和外錯(cuò)式布置，外錯(cuò)式布置為抽放巷布置在工作面?zhèn)认蛎褐装宓牡蛻?yīng)力區(qū)，內(nèi)錯(cuò)式布置為抽放巷布置在采空區(qū)下應(yīng)力降低區(qū)。本文基于淖爾壕煤礦己1406工作面底抽巷外錯(cuò)布置和內(nèi)錯(cuò)布置圍巖控制效果的數(shù)值模擬研究，確定了合理的底抽巷位置，提出相應(yīng)的圍巖控制技術(shù)，取得了良好的工程試驗(yàn)效果，可以為類似工程提供技術(shù)借鑒。

1 工程概況

淖爾壕煤礦己1406工作面位于4-2煤北翼，平均埋深112m，南部回采完畢，北部現(xiàn)回采1406工作面，已回采穩(wěn)定。所采4-2煤層厚度為2.20～4.52m，平均3.66m，為近水平煤層，本井無沖擊地壓，相對瓦斯涌出量0.53m3/t，絕對瓦斯涌出量1.63m3/min，有自燃傾向，自然發(fā)火期28天，有煤塵爆炸危險(xiǎn)。試驗(yàn)巷道1404工作面運(yùn)輸巷，巷道寬5.6m，高度3.2m。

2 底抽巷位置優(yōu)化

2.1 數(shù)值計(jì)算模型

采用FLAC3D模擬淖爾壕煤礦己1406工作面運(yùn)輸巷底抽巷開挖、淖爾壕煤礦己1406工作面運(yùn)輸巷開挖及淖爾壕煤礦己1406工作面回采過程，數(shù)值計(jì)算模型如圖1所示。

2.2 底抽巷位置方案

淖爾壕煤礦己1406工作面回采后，其側(cè)向支承壓力在底板的傳播決定了底板應(yīng)力的大小與分布，數(shù)據(jù)顯示：淖爾壕煤礦己1406工作面回采后，應(yīng)該考慮鉆孔的長度是否不宜過長，最適合布置底板瓦斯抽放巷的位置為底板深度大于20m，工作面前方10～15m和工作面后方10～15m的區(qū)域。選擇兩種布置方案，一是外錯(cuò)布置，與淖爾壕煤礦己1406工作面機(jī)巷水平距離16m，垂直距離為22m，外錯(cuò)布置巷道處于應(yīng)力升高區(qū)，但受動(dòng)壓影響相對較小;二是內(nèi)錯(cuò)布置，與淖爾壕煤礦己1406工作面機(jī)巷水平距離16m，垂直距離為22m，內(nèi)錯(cuò)布置巷道整體處于應(yīng)力降低區(qū)，但動(dòng)壓顯現(xiàn)劇烈。具體位置關(guān)系如圖2所示。

2.3 應(yīng)力分布規(guī)律

底抽巷經(jīng)歷兩次掘進(jìn)擾動(dòng)、一次采動(dòng)影響后， 機(jī)巷相當(dāng)于底抽巷的卸壓巷，外錯(cuò)布置時(shí)，在底抽巷兩幫形成大范圍的垂直應(yīng)力集中區(qū)，底抽巷與機(jī)巷間煤柱在掘進(jìn)擾動(dòng)疊加應(yīng)力與在側(cè)向支承壓力共同作用下，有效承載面積迅速減小，機(jī)巷變形量增加，側(cè)向支承壓力主要由底抽巷左幫承載，左幫垂直應(yīng)力集中系數(shù)高達(dá)2.6，右?guī)痛怪睉?yīng)力集中系數(shù)為2.2，因巷道整體處于應(yīng)力增高區(qū)，頂?shù)装鍑鷰r形成大范圍的垂直應(yīng)力降低區(qū)。內(nèi)錯(cuò)布置時(shí)，底抽巷經(jīng)歷強(qiáng)動(dòng)壓作用后，處于采空區(qū)下應(yīng)力降低區(qū)內(nèi)，因作用時(shí)間短，頂?shù)装迤茐姆秶?，垂直?yīng)力降低區(qū)范圍也小，兩幫沒有明顯的垂直應(yīng)力集中區(qū)，但在左幫，至煤幫深度10m位置，垂直應(yīng)力逐漸恢復(fù)至原巖應(yīng)力，相比右?guī)?，左幫承受的垂直?yīng)力較大，兩幫偏載嚴(yán)重。

3 底抽巷圍巖控制技術(shù)

內(nèi)錯(cuò)布置底抽巷經(jīng)過一次采動(dòng)后，左幫變形量大且在動(dòng)壓作用期間，巷道變形劇烈，因此，提出左幫密集支護(hù)、整體讓壓的圍巖控制技術(shù)，以圍巖控制效果為基本指標(biāo)，綜合考慮支護(hù)成本、施工速度等因素，最終確定淖爾壕煤礦己1406工作面運(yùn)輸巷底抽巷的圍巖支護(hù)方案。

兩幫均采用φ20mmL2400mm的高強(qiáng)度讓壓錨桿，為提高左幫承載能力，其錨桿的布置間排距為700mm×850mm，右?guī)蛧鷰r變形較小，錨桿布置間排距為800mm×850mm，兩幫均采用一支CK2335和一支Z2360樹脂藥卷加長錨固，錨固長度1.4m。

設(shè)計(jì)錨桿預(yù)緊力為400N·m，鋼帶選用φ14mm圓鋼全焊接，全斷面使用金屬網(wǎng)。讓壓錨桿結(jié)構(gòu)如圖3所示，與普通錨桿相比，多一個(gè)讓壓管，新型讓壓管一般具有恒阻的特點(diǎn)，動(dòng)壓顯現(xiàn)時(shí)，讓壓管先變形，期間支護(hù)阻力不變，達(dá)到塑性屈服極限后，相當(dāng)于普通錨桿。

高強(qiáng)度錨桿讓壓不是普通意義上的卸壓，而是高阻讓壓，不但能降低巷道淺部圍巖應(yīng)力，使其處于較易維護(hù)的應(yīng)力環(huán)境，而且能增加支護(hù)強(qiáng)度，如圖1所示，因整個(gè)讓壓過程錨桿基本處于彈性狀態(tài)，錨固體強(qiáng)度可以視為不變，則讓壓后組合拱厚度增大，進(jìn)而使支護(hù)強(qiáng)度增加。

4 結(jié)束語

依據(jù)工作面回采側(cè)向支承壓力在底板的應(yīng)力大小與分布，綜合考慮鉆孔長度不宜過長，提出兩種底抽巷布置方案，一是外錯(cuò)布置，與淖爾壕煤礦己1406工作面機(jī)巷水平距離16m，垂直距離為22m，外錯(cuò)布置巷道處于應(yīng)力增高區(qū)，但受動(dòng)壓影響相對較小;二是內(nèi)錯(cuò)布置，與淖爾壕煤礦己1406工作面機(jī)巷水平距離15m，垂直距離為20m，內(nèi)錯(cuò)布置巷道整體處于應(yīng)力降低區(qū)，但動(dòng)壓顯現(xiàn)劇烈。

參考文獻(xiàn)：

[1]何富連，趙勇強(qiáng)，武精科.深井高瓦斯碎裂軟巖底抽巷圍巖控制技術(shù)[J].煤礦安全，2018，49（09）：118-121.

[2]趙帥.胡底煤業(yè)底抽巷穿煤區(qū)域全錨索支護(hù)試驗(yàn)[J].煤礦現(xiàn)代化，2018（04）：34-35.