淺析中興煤礦底抽巷布置層位優化

姚生云

（汾西礦業 南關煤業，山西 靈石 031300）

1 概述

中興煤業位于山西省呂梁市交城縣嶺底鄉境內，井田東西長約5.5 km，南北寬約4 km，面積19.8625 km2，地質儲量2.8億噸，可采儲量為2.0億噸，可采煤層為2#、4#、5#、6#、8#、9#煤層。 其中2#、4#、5#為上組煤，6#、8#、9#為下組煤， 劃分為+760 m、+680 m兩個水平開采，現開采+760 m水平2#煤層,其他煤層均未開采，且5#煤層在井田內中部到西部與4#煤合并。礦井為高瓦斯礦井，2017年瓦斯等級鑒定結果為：瓦斯相對涌出量為21.67 m3/t，絕對涌出量為55.10 m3/min，CO2相對涌出量為4.94 m3/t，絕對涌出量為12.56 m3/min。煤塵均具有爆炸危險性，2#煤層自然發火等級為自燃（Ⅱ級），礦井水文類型為中等，屬帶壓開采礦井，正常涌水量為20 m3/h，最大涌水量為30 m3/h。

2#煤位于山西組中下部，K4砂巖下40～57 m。煤厚0.78～2.26 m，平均1.17 m。煤層結構簡單，不含夾矸。煤層頂板以泥巖為主，底板為泥巖、細粒砂巖，局部為粉砂巖。見表1。

表1 可采煤層情況一覽

針對高瓦斯的局面，礦井以往采用高抽巷抽采+本煤層抽采+鄰近層抽采+采空區沿空留巷留墻埋管等瓦斯治理方法對工作面瓦斯進行綜合治理，但是效果均不是很好，而通過技術攻關發現底抽巷施工后，從底抽巷兩幫分別施工穿層鉆孔可解決2#煤層2個回采工作面的瓦斯，同時還可對4#煤層瓦斯進行提前預抽，服務年限長，使用范圍廣，因此底抽巷的層位選擇及巷道的長期服務對于礦井的瓦斯治理及高效生產有著至關重要的作用。

2 底抽巷的優越性

1）底抽巷可對現回采工作面范圍內煤層進行超前預抽，減少工作面在采掘期間工作面的瓦斯涌出量。而高抽巷只有在工作面回采期間瓦斯治理效果方能體現。

2）底抽巷服務年限長，一條底抽巷可通過向其他煤層施工穿層鉆孔來實現其他煤層的瓦斯預抽，而一條高抽巷只可服務于一個回采工作面，抽采范圍存在局限性。

3）底抽巷可對2#煤層工作面回采期間下鄰近4#煤層的大量卸壓瓦斯進行有效抽采，徹底消除下鄰近層卸壓瓦斯向開采空間的釋放。而高抽巷只可對工作面裂隙帶瓦斯進行抽采，下鄰近層瓦斯無法有效治理。

3 底抽巷設計方案及對比分析

3.1 方案選取

中興煤礦上組煤層為2#、4#、5#煤層。為了更好的治理瓦斯，底抽巷的布置有以下三種方案。

方案一：將底抽巷布置在4#煤層中；

方案二：將底抽巷布置于6#煤層中。

方案三：將底抽巷布置在4#煤層下10m左右的砂質泥巖中，頂板為粉砂巖。

3.2 方案對比分析

（1）從支護成本方面分析

① 將底抽巷布置于6#煤層中。6#煤層距離2#煤層40.7m，在2#煤層回采過程中，受工作面采動影響較小，巷道易于維護。但是支護成本高，施工進度慢，不能夠滿足我礦的生產銜接要求。

② 將底抽巷布置在4#煤層中。4#煤層上距2#煤層平均為6.1m，底抽巷在上覆2#煤層采掘過程中受動壓及地質條件等因素影響易垮塌，難以進行維護，給開采2#和4#煤時遺留下隱患。

③ 將底抽巷布置在4#煤層下10m左右的砂質泥巖中，因頂板為粉砂巖，2#煤層回采時，巷道受采動影響小，巷道易于維護，但是巷道為全巖掘進，施工進度相對緩慢。

④ 支護成本及各項費用對比

以1900m的巷道為例，在6#煤層中布置底抽巷設備租賃費4230元/m，電費3081元/m，人工費用1300元/m，支護成本2722元/m，延米費用預計為11333元/m，總費用預計為2153.27萬元。

在4#煤中布置一條底抽巷設備租賃費1057元/m，電費770.364元/m，人工費用1100元/m，支護成本2100元/m，延米費用預計為5027.364元/m，總費用預計為955.2萬元從很大程度上降低了成本，提高了掘進工效。

在4#煤層下10m左右的砂質泥巖中布置底抽巷，設備租賃費3020元/m，電費2815元/m，人工費用1200元/m，支護成本2357元/m，延米費用預計為9392元/m，總費用預計為1784.48萬元。

（2）從瓦斯治理效果和服務年限方面分析

① 在6#煤層中布置底抽巷可同時服務于2#、4#煤層2個可采煤層，同時在開采下組煤時可作為下組煤煤層的高抽巷，服務年限長，范圍廣。缺點是前期抽采工程量大。

② 在4#煤層中布置底抽巷只能服務一個回采工作面，2#煤層開采后，可對下鄰近4#和5#煤層的大量卸壓瓦斯進行抽采，解決上組煤開采時瓦斯影響。

③ 將底抽巷布置在4#煤層下10m左右的砂質泥巖中，通過施工穿層鉆孔可對上覆2#、4#煤層瓦斯進行預抽，但是僅可服務于上組煤，服務年限相對較長，范圍廣。

（3） 掘進效率

從掘進效率上考慮，將底抽巷布置在6#煤層或4#煤層下10 m左右砂質泥巖中，巷道為全巖巷道，每月平均進尺為50 m，1900 m的巷道，預計需要38個月竣工，推進效率低，但是若采用巖巷專用大功率綜掘機，平均進尺可達到100～120 m。如果將底抽巷布置在4#煤層中，每月平均進尺為200 m，1900 m的巷道，預計需要10個月竣工，工期將是在6#煤層中的1/4，有利于瓦斯的治理和生產需要。

通過支護成本、瓦斯治理效果、服務年限、掘進效率四個方面綜合對比分析，結合礦井目前開采上組煤（2#、4#、5#煤層）的現狀，在回采2#煤工作面時，將底抽巷布置在4#煤層下10 m左右的砂質泥巖中更為高效、合理，既有利于瓦斯治理，巷道掘進效率又可滿足礦井接替需求。

4 底抽巷支護及鉆孔布置

4.1 底抽巷支護方式

通過對底抽巷的設備安裝、服務年限及巷道的頂底板情況、用途、支護材料及支護費用等進行綜合考慮，確定底抽巷的支護參數如下：

（1）頂錨桿選用Φ22 mm×2400 mm左旋螺紋鋼錨桿配套使用一卷K2355、一卷Z2355型錨固劑（快速藥卷在上，中速藥卷在下），錨桿呈矩形布置，每排6根，間排距800 mm×800 mm。

（2）幫錨桿選用頂錨桿選用Φ20mm×2200mm左旋螺紋鋼錨桿配套使用一卷Z2355型錨固劑，錨桿呈矩形布置，每排3根，第一根幫錨桿距頂板500 mm，間排距1000 mm×800 mm。

（3）鋪網：頂板、兩幫鋪設菱形金屬網，其規格為10 m×1 m，所有錨桿必須壓在金屬網上面。

（4）錨索：頂錨索采用Φ17.8 mm×7300 mm鋼絞線錨索，呈“三花”布置，距幫1500 mm，間排距1500 mm×1600 mm。

（5）錨桿托盤采用拱型高強度托盤,其規格為厚度δ=10 mm，Φ=120 mm；錨索鋼板采用δ=16 mm的鋼板制作，鋼板規格δ16 mm×285mm×285mm。

4.2 底抽巷鉆孔布置

底抽巷鉆孔布置方式為：從底抽巷兩幫分別施工穿層鉆孔，鉆孔終孔點穿入2#或4#煤層，對2#煤層和4#煤層進行瓦斯預抽。

圖1 底抽巷鉆孔布置平面

5 結語

本文通過對中興煤礦底抽巷的層位選取進行設計，綜合考慮巷道用途及服務年限、掘進效率及上組煤煤層情況，確定了底抽巷布置在4#煤層下10 m左右的砂質泥巖中更為合理，對于解決上組煤的瓦斯治理難題最為有效、高效，并進行支護參數確定及抽采效果對比。通過在現場數據的觀測、分析，工作面回采期間抽巷抽采濃度達到20%以上，抽采量達到7 m3/min以上，而底抽巷抽采支管濃度達到30%～40%，平均抽采標量為8.13～8.37 m3/min，最大抽采標量達到了9.36 m3/min；且2/3的單孔濃度均達到了70%～80%，由此可知，底抽巷布置層位合理，抽采效果良好。