高瓦斯工作面高抽巷快速成巷技術的模擬研究

趙平平

(華能云南滇東能源有限責任公司礦業分公司，云南曲靖，655508)

高瓦斯工作面高抽巷快速成巷技術的模擬研究

趙平平

(華能云南滇東能源有限責任公司礦業分公司，云南曲靖，655508)

采用預掘高抽巷進行采前、采中瓦斯抽采技術，解決高瓦斯工作面瓦斯超限引起的系列災害事故，是淮南礦區成功瓦斯治理的根本措施之一。本文以丁集煤礦1341(1)工作面為工程背景，針對頂板高抽巷布置層位、支護方案進行FLAC3D數值模擬分析，得到錨網索支護、矩形斷面開掘的距11-2煤頂板法線距30m的1341(1)高抽巷，能快速成巷、圍巖穩定性好，抽采效果顯著，成功的工程實踐表明：模擬為同類條件下高抽巷快速成巷、高效抽采提供了可靠預判。

高瓦斯；高抽巷；FLAC3D數值模擬；快速成巷

1 工程背景

作為卸壓開采13-1煤的保護層，淮滬煤電公司丁集煤礦1341(1)工作面主采煤層11-2煤，地面標高+22.3～+23.7m，工作面標高-801.5～-857.1m，工作面面長206.5m，11-2煤平均厚度1.8m；1341(1)工作面高抽巷布置于11-2煤頂板25~35m的砂巖、砂質泥巖層位，在回采前布置頂板高抽巷，實行采前、采中預抽13-1煤及11-2煤的瓦斯，以期達到上、下工作面安全回采。本文擬采用FLAC3D數值模擬分析1341(1)工作面回采后頂板裂隙發育及高抽巷圍巖變形情況，為研究特定層位布置及特定支護方案下高抽巷的成巷效果及抽采效果提供預評估。

圖1 采場模型圖

2 模型建立

采用FLAC3D顯示差分軟件，分析采場圍巖塑性區發育規律及頂板高抽巷圍巖變形規律，能為工程實踐提供可靠的參考。建立模型尺寸為：100m100m72.8m，包含單元43200個，節點47068個，模型層位示意圖如下圖1所示。

模型開挖按實際的工程掘進順序模擬：1）地應力場平衡后，首先開掘1341(1)高抽巷，一邊開掘一邊支護；2）開掘下部的1341(1)工作面，分析工作面采動后，上覆巖層塑形擴展及1341(1)高抽巷圍巖變形情況，開掘空間關系如下圖2所示。

圖2 采掘關系示意圖

3 數值模擬結果處理與分析

3.1 高抽巷開掘后圍巖穩定性分析

1341（1）高抽巷掘進于11-2煤頂板25~35m的砂巖、砂質泥巖中，巷道掘進斷面為矩形，凈寬×凈高＝4.6×3.4m，采用錨網索支護，錨桿規格為Φ20×2200間排距：0.75*0.8m；錨索規格為Φ22×6300，間排距1.6×1.6m，模擬的支護方案與掘進期間的位移分別如下圖3、圖4所示。

圖3 巷道掘進支護方案

圖4 巷道垂直位移云圖

從模擬結果可知，1341(1)高抽巷掘進期間頂板下沉50mm左右，底板鼓起15mm，說明采用錨網索支護的圍巖處于穩定狀態。

3.2 1341(1)工作面回采后采場圍巖穩定性分析

分別截工作面推進30m、50m、70m的采場頂板塑形分布圖（圖5），分析1341(1)工作面初次來壓、周期來壓期間，采場頂板破壞裂隙發育情況，預測高抽巷受采動影響情況及瓦斯抽采效果。

從上圖可知，1341(1)工作面初采期間，采場頂板裂隙發育較小，尚未溝通到上部的1341(1)高抽巷，工作面回采50m后，頂板裂隙發育到1341(1)高抽巷底板，當工作面回采70m后，頂板裂隙發育穩定在1341(1)高抽巷底板，模擬結果表明1341(1)工作面回采增加了頂板巖層的裂隙發育，有利于瓦斯抽采。

1341(1)高抽巷頂板下沉量96mm、底板下沉量60mm，兩幫移近量20mm左右。相對4.6×3.4m的斷面尺寸而言，圍巖移近率小。

4 工程實踐

1341(1)高抽巷采用綜掘機施工，正常地段時，采用錨網索支護，一掘一錨，每循環進尺預計為1.6米，巖性差時每循環進尺0.8m，遇斷層、構造等地質異常區，采用架棚施工，一掘兩架，每循環進尺1.2米，采用鋼筋笆片腰幫背頂，高抽巷掘進期間最快進尺500米/月，掘進回采期間圍巖穩定，并且實現了1341(1)工作面安全高效回采。

圖5 1341(1)工作面回采不同距離后頂板塑性分布

5 結語

1）采用FLAC3D數值模擬分析布置于頂板30m的高抽巷圍巖穩定、高效抽采，為工程實踐提供了可靠的預判；2）分段布置錨網索、架棚等不同支護方案，為高抽巷快速掘進施工提供了重要保障，實現了1341(1)工作面安全高效回采。

[1] 婁金福.頂板瓦斯高抽巷采動變形機理及優化布置研究[D].中國礦業大學,2008.

[2] 周華東,許家林,胡國忠,張超,秦偉,郭洪.綜采工作面初采期局部高抽巷瓦斯治理效果分析[J].煤炭科學技術,2012,05:55-59.

Simulation study of high gas working face with high pumping speed into the lane technology

Zhao Pingping
(Yunnan Huaneng Yunnan energy limited liability company of Yunnan mining company,Qujing,655508)

The pre excavation of high level suction roadway mining, mining gas drainage technology,solve disallowed gas concentration in high gassy working face caused by series of disasters and accidents,is one of the key measures of gas control in Huainan mine successfully.In this paper,Ding set coal mine 1341(1) working face as the engineering background,the roof high pumping Lane layout layer,supporting scheme were FLAC3D numerical simulation analysis,get the bolt mesh cable branch support, rectangular section excavation of 11-2 Coal Seam Roof of normal distance from 30m 1341(1)high level suction roadway,can quickly form an Xiang, good stability of surrounding rock,drainage effect is remarkable and successful engineering practice show that: simulation under similar conditions for high pumping Lane fast lane,efficient pumping production provides a reliable anticipation.

high gas;high pumping lane;FLAC3D numerical simulation;fast lane