高瓦斯突出煤层底抽巷合理布置研究

作者:未知

  摘 要:本文结合实际案例,对底抽巷层位和距离布置问题展开了分析。根据分析结果可知,结合底板最大破坏深度进行底抽巷层位布置,并在确认巷道开挖期间周围岩体应力分布变化基础上实现底抽巷水平距离布置,能够在10d内达到抽采要求,并保证施工安全。
  关键词:高瓦斯突出煤层;底抽巷;最大破坏深度
  针对高瓦斯突出煤层进行开采,需要采用巷道抽采技术进行瓦斯治理。采用底抽巷进行预抽采,能够将上部煤层和采空区提前预抽,使煤层充分卸压,并对邻近煤层外涌入进行拦截。而在实际应用底抽巷时,还要实现底抽巷合理布置。
  1 工作面概况
  某采煤工作面位于高瓦斯突出区域,共包含5层可采煤层,分别为M2、M5、M8、M9、M12,首采煤层为M2,具有较强煤层吸附能力,带有透气性差的特点,原本瓦斯含量24.5m3/t,瓦斯压力达5.02MPa。采煤工作面与采空区相邻,煤层厚在1.7-3.0m范围内,平均能够达到2.5m,拥有3°倾角,处于350-420m的埋深位置,走向和倾向长分别为152m和1250m。结合采煤层特点,计划采用底抽巷抽采技术对煤层瓦斯预抽进行强化。在回采期间,将沿着空留巷实现Y型通风布置,利用底抽巷对工作面瓦斯涌出问题进行处理。
  2 高瓦斯突出煤层底抽巷合理布置
  在高瓦斯突出煤层采用底抽巷抽采技术,想要对工作面及巷道瓦斯治理效果进行保证,还要完成底抽巷层面和距离的合理布置。在实践工作中,需要结合实际情况加强底抽巷层位和距离分析。
  2.1 层位布置分析
  结合底抽巷布置要求可知,由于工作面底抽巷不仅在煤层瓦斯预抽中使用,同时也在回采期作为回风巷使用,所以不能将层位布置过深或过浅,以免出现穿层割缝钻孔工程量大或突出煤层突破岩柱的问题[1]。此外,还应避免底抽巷在回采底板破坏深度内,以免给后期巷道维护带来困难,造成风道堵塞等情况的发生。所以在实际进行突出煤层外掘进巷道布置时,应在距离煤层最小法向距不超过10m位置时,采用边探边掘方式,使最小法向距至少达到5m。在水力割缝穿层钻孔时,应保证倾角至少达到18°。而底抽巷层位距煤层底板的距离,应至少达到回采期底板最大破坏深度。实际在确定底板最大破坏深度时,可以采用FLAC3D有限差分析软件完成相应模型的建立,得到240m×260m×150m的模型。在回采巷和工作面宽分别为5m和150m的条件下,需要在两侧进行50m没柱的预留,从而消除边界效应[2]。通过对抽采巷受采动应力的分布规律进行分析,可以得到工作面最大底板破坏深达13.82m。考虑到层位过低容易引起钻孔工作量增加,因此还应在距离煤层底板14m的位置进行底抽巷布置。在M2煤层从该层位进行挖底抽巷时,结合工作面地质应力条件,模型在不平衡系数不超过10-5的条件下处于平衡状态。通过对工作面开挖过程进行模拟发现,按照每天割煤深度达3m的标准,进尺回采3m,然后完成一次平衡模拟,可以发现在开挖53m后底板发生破坏,而继续回采不会出现底板破坏深度向下延伸的问题,此时破坏深度达13m。由此可见,在距离煤层底板14m位置布置底抽巷,能够保证施工安全。
  2.2 距离布置分析
  在确定底抽巷层位后,需要对其距离轨道巷的水平距离展开分析。在分析过程中,需要对巷道开挖造成的周围岩体应力分布变化进行确认。采用有限差分析软件模拟开挖给岩体应力分布带来的剧烈影响可以发现,开挖造成上覆岩石荷载转移至两帮。在应力集中的情况下,顶底板得以卸压。在应力集中系数超出1.5的条件下,应力将重新分布,距离5m巷道两帮均满足这一条件,受到了较大影响。考虑到应力叠加问题,还应使两巷道水平距离至少达到10m。根据应力分布影响范围,同时结合水力割缝钻孔最小倾角,可以对底抽巷布置范围进行确认。为避免底抽巷在开挖期间因层位加大出现水平间距增加问题,导致钻孔工作量增加,还要在底抽巷距两帮水平距10m位置实现巷道布置,此时底抽巷距离运输巷水平距离达125m。
  2.3 布置效果确认
  采用底抽巷抽采技术,能够对现回采工作面内煤层实施超前预抽,使采掘期间工作面内瓦斯涌出量得到减少。针对高瓦斯突出煤层,需要在回采期获得明显的瓦斯治理效果。按照上述结果进行现场布置,水力割缝钻孔有效抽采半径达4m。在工作面钻孔布置上,回采巷道两帮控制距离为15m,按照每排7个钻孔、排间距6m×6m方式進行布置,使钻孔成扇形分布。而钻孔见煤点间距达5.8m,钻孔最小倾角18°。在施工期间,对工作面回采前后底抽巷底板位移进行监测,可以发现底板变形量能够控制在2cm,给底抽巷带来的扰动较小。伴随着工作面的不断推进,煤壁前支撑应力向底板传递,造成工作面前49m位置出现底抽巷变形量变大问题。在采空区压实后,原岩应力状态才得以恢复。从底抽巷顶底板移动情况来看,移近量峰值约达19cm,能够保持相对稳定,满足通风要求。采用混凝土块实现巷旁支护,能够使顶底板变形量控制在15cm左右。从施工效果来看,在10d内达到抽采要求,同时使原本巷道得到保留。
  3 结论
  实际采用底抽巷抽采技术进行高瓦斯突出煤层工作面瓦斯治理,需要实现底抽巷合理布置才能保证瓦斯治理效果和采煤工作安全。从案例分析结果来看,需要把握抽采巷受采动应力的分布规律,结合底板最大破坏深度实现底抽巷层位的合理布置。在此基础上,需要对巷道开挖造成的周围岩体应力分布变化进行确认,进行底抽巷距离轨道巷的水平距离布置,继而实现工作面安全高效回采。
  参考文献:
  [1]韩睿锋.官地煤矿22611工作面底抽巷抽采技术应用[J].山西冶金,2018,41(05):127-129.
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