東曲礦高抽巷合理位置研究

郭 坦

(西山煤電集團有限責任公司 技術中心，山西 太原 030053)

東曲礦高抽巷合理位置研究

郭 坦

(西山煤電集團有限責任公司 技術中心，山西 太原 030053)

綜采工作面高抽巷在實際應用過程中，若不充分考慮開采引起的覆巖活動規律，實際抽放瓦斯效果會不理想。本文通過相似材料模擬試驗，對西山煤電集團東曲礦28202工作面高抽巷位置進行合理布置，并通過現場工業試驗，對高抽巷的位置進行優化，得出接替工作面高抽巷布置時應考慮進一步增大內錯距離，內錯工作面30～50 m，高抽巷主要部分的高度增至50～60 m. 最終確保了瓦斯的有效抽采。

瓦斯；高抽巷；合理位置；相似材料模擬；裂隙帶

1 煤礦概況

西山煤電集團東曲礦位于古交市市區，可采儲量4.6億t，設計生產能力400萬t/年，礦井主采2#、4#、8#、9#煤層，礦井瓦斯相對涌出量12.86 m3/d，最大絕對涌出量82.18 m3/min，屬于高瓦斯礦井。同煤層的采空區、上覆煤層泄壓區域與圍巖區域為瓦斯涌出的主要區域。現階段，礦井開采的深度逐漸加大且采煤工作面單產效率日益提高，必然會造成工作面絕對瓦斯涌出量的增加，針對這一問題，現場實踐中多采用增大配風量的方式治理工作面的瓦斯，但效果并不明顯。因此，如何有效地治理采空區瓦斯、消除安全隱患，成為提高工作面單產的關鍵因素。

2 相似材料模擬研究

為有效確定高抽巷的合理位置，通過參考以往工作面回采對上覆巖層活動規律的影響及瓦斯抽放經驗，根據東曲礦28202工作面的實際地質情況，進行了相似材料模擬實驗。實驗模型見圖1.

圖1 28202工作面高抽巷實驗模型圖

本次實驗采用長5.0 m×高1.0 m×寬0.3 m的相似模型。利用礦壓控制中“垮落帶、裂隙帶、彎曲下沉帶”的相關理論計算，代入部分數據并進行初步計算可知：該工作面垮落帶高度為11.8 m，裂隙帶高度為41.12 m. 實驗的主要目的是針對28202工作面的地質條件布置合理位置的高抽巷。相似模擬過程中，將28202工作面布置在8#煤層，采高選定為3.5 m，結合實際情況開挖距離為5 m，平均每次的開挖量為5 cm，以此來模擬該工作面的推進過程。選取在上覆垮落帶頂部(距8#層10 m)、裂隙帶底部(距8#層15 m)、裂隙帶中上部(距8#層40 m)、裂隙帶上部(距8#層45 m)不同層位布置4條高抽巷，通過研究上覆層位裂隙的發育變化情況分析各層位高抽巷圍巖變形與裂隙導通的規律。通過對實驗結果分析可知：

1) 工作面開始推進至40 cm位置時，其上覆巖層開始在橫向產生裂隙并逐漸出現離層；工作面繼續推進到50 cm位置時，基本頂初次垮落，垮落高度5 m；當工作面推進到65 cm時，上覆巖層垮落并彎曲下沉，垮落高度14.8 cm，對應現場垮落帶高度14.8 m；當工作面繼續推進到120 m時，上覆巖層出現周期性垮落。如當工作面開采至105 cm時，當工作面繼續向前推進20 cm后，基本頂懸露垮距達到極限值，繼續推進5 cm，基本頂失穩，并伴隨有上覆巖層裂隙發育和工作面周期來壓。相似模擬實驗結果表明，28202工作面周期來壓步距為25 m，與實測值23 m相一致。

2) 工作面整個推進過程中，經過開采后的工作面頂板的裂隙發育是緊跟著開采邊界的，頂板產生的裂隙分布特征為：頂點在邊界且與水平線夾角45°左后；對于永久開采后的邊界，其頂板的裂隙分布特征為：裂隙出現較快但不向煤柱方向擴展，頂點在邊界且與水平線夾角60°左右，見圖2.

圖2 永久邊界和移動邊界的裂隙發育范圍圖

3) 走向方向未達到充分采動前，上覆巖層的三帶高度發育不充分。當工作面推進到65 m時，垮落帶基本形成，但上覆巖層的裂隙帶發育不充分。當工作面推進到120 m時，裂隙帶已基本形成。隨著工作面的推進，裂隙帶中的裂隙進一步發育，達到距切眼135 m的位置后，其上覆巖層裂隙發育到最大值，隨著工作面的繼續推進，其上覆巖層產生的裂隙逐漸開始閉合，工作面頂板開始出現周期性的垮落。上覆巖層裂隙帶中裂隙的發育規律為：產生—縮小—閉合。

當工作面推進到180 m后，永久邊界上方的裂隙發育才充分。

4) 據上述實驗結果，在工作面推進長度小于65 m的區域，高抽巷宜布置于裂隙帶的底部，當工作面推進長度大于65 m時，高抽巷的位置不宜布置很高，可布置在裂隙帶的下部；當工作面推進長度大于110 m以后，高抽巷的位置可適當提高，根據上述實驗結果，考慮不充分采動的影響，高抽巷位置應按45°裂隙角考慮。當工作面推進到180 m以后，高抽巷的位置可按45°～60°裂隙角考慮，但應控制在60°裂隙角以下，不應超出60°.

3 現場工業試驗

當28202工作面高抽巷完成布置后，28202工作面于2011年10月15日開始回采。通過對瓦斯高抽巷的抽放情況進行監測，進而對28202工作面高抽巷的瓦斯抽放情況進行評價，總結瓦斯活動規律，對相似條件下的高抽巷位置進行優化，最終確定合理的高抽巷的位置。

從開始開采到2011年6月11日，整個觀測期間該工作面共推進776 m，且推進過程中28202工作面的高抽巷中實測瓦斯涌出量最大值為25.91 m3/min，最小值為7.3 m3/min，平均值為15.62 m3/min. 經計算，開采過程中高抽巷的瓦斯抽采量占到總抽采量的56.1%. 平均絕對瓦斯涌出量39.32 m3/min，其中風排平均瓦斯涌出量11.46 m3/min，則28202工作面高抽巷瓦斯抽出率為39.7%. 28202工作面高抽巷抽放瓦斯濃度變化曲線見圖3，瓦斯抽放量變化曲線見圖4.

圖3 28202工作面高抽巷抽放瓦斯濃度變化曲線圖

圖4 28202工作面高抽巷瓦斯抽放量變化曲線圖

由圖3與圖4的結果分析可知，28202工作面在推進過程中，其高抽巷中瓦斯抽采濃度最大值約為12.7%(抽采初期瓦斯抽采濃度高達21.3%，但持續時間較短，因此不作為研究范圍)。經現場實測，該高抽巷內瓦斯絕對涌出量由8.43 m3/min增加至20 m3/min左右，最終峰值可達25.91 m3/min.

由圖3，圖4可以看出，剛開始生產期間，由于工作面未受到充分采動，工作面采空區上方圍巖尚未完全垮落，高抽巷還未與工作面采空區之間形成裂隙通道，工作面采空區的瓦斯還未進入高抽巷內，只有高抽巷圍巖的瓦斯涌出，其瓦斯濃度低于5%，其絕對瓦斯涌出量小于10 m3/min. 當工作面開采114 m以后，隨著采空區上覆巖層的彎曲破斷。

隨著工作面繼續推進到300～500 m，工作面上部圍巖周期性垮落，新的裂隙不斷生成，而充分采動區圍巖的裂隙也在不斷閉合，致使這期間高抽巷內瓦斯濃度提升緩慢，而絕對瓦斯涌出量趨于平穩，只是在斷層、節理等地質構造等條件的影響下，高抽巷的絕對瓦斯涌出量穩定在9%左右。此后當工作面推進距離超過600 m后，高抽巷抽出瓦斯的絕對涌出量減小，同時，配風量的減小使得高抽巷瓦斯涌出量減小的趨勢更加明顯。

4 結 論

1) 相似模擬實驗表明，隨著28202工作面的推進，工作面采空區上覆圍巖裂隙帶的發育狀況產生相應變化。

2) 當工作面推進到65 m時，垮落帶基本形成，此時上覆巖層的裂隙帶發育不充分；當工作面推進到120 m時，裂隙帶基本形成，裂隙主要集中在裂隙帶下部；當工作面推進到135 m時，上覆巖層中裂隙發育最明顯，繼續推進則裂隙逐漸閉合；當工作面推進到180 m時，位于工作面永久邊界位置的上覆巖層的裂隙發育到最充分。

3) 結合實驗研究結果可知，不斷推進的工作面其頂板的裂隙發育范圍：頂點在開采邊界，與水平方向夾角45°左右且位于采空區一側；對于永久邊界位置而言，工作面頂板裂隙發育范圍：頂點在開采邊界，與水平方向夾角60°左右。

4) 目前，高抽巷尚未達到設計中理想效果。表明高抽巷的整體高度仍然偏低，另外工作面推進過程中，在采空區位置其高抽巷與工作面仍能導通風流，最終使得高抽巷瓦斯濃度偏低。結合上述分析，其接替工作面高抽巷布置時應考慮進一步增大內錯距離，內錯工作面30～50 m，高抽巷主要部分的高度增至50～60 m.

[1] 陳家祥.頂板抽放瓦斯的理論與實踐[J].煤礦安全,2002(3):3-4.

[2] 劉澤功.開采煤層頂板抽放瓦斯流場分析[J].礦業安全與環保,2000(3)：5-6.

[3] 許家林,孟廣石.應用上覆巖層采動裂隙“O”形圈特征抽放采空區瓦斯[J].煤礦安全,1995(7)：2-4.

Study on Reasonable Position of High Extracted Roadway in Dongqu Coal Mine

GUO Tan

In the process of practical application of fully mechanized coal mining face, if the law of overburden movement in roof caused by mining were not fully considered, the actual effect of gas drainage would be not ideal. In this paper, by the similar material simulation testing, the position of the high pumping roadway in the Dongqu coal mine of Xishan Coal and Electricity Group is arraned reasonably, and the position of the high pumping roadway is optimized by the field industrial experiment, and the high pumping roadway Should be considered to further increase the interval distance to 30～50 m, high pumping height to 50～60 m in major part. So to achieve the purpose of effective gas drainage.

Gas; High extracted roadway; Reasonable position; Similar material simulation; Fissure zone

2016-08-17

郭 坦(1987—)，男，河南周口人，2010年畢業于河北工程大學，工程師，主要從事煤礦生產技術管理工作

(E-mail)276256606@qq.com

TD263.1

B

1672-0652(2016)10-0029-03