煤層瓦斯治理底抽巷位置優化研究

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下支護的難題，以淖爾壕煤礦己1406工作面4-2煤北翼，底抽巷為例，采用數值分析的方法，研究底抽巷內錯、外錯兩種布置方式下圍巖的變形特征與應力分布規律，結果表明：內錯布置時底抽巷兩幫移近量較大，巷道整體處于低應力區，外錯布置時頂板下沉量大且兩幫垂直應力集中系數分別為2.6、2.2，底抽巷服務周期長，巷道長期處于高應力環境，不利于巷道的穩定，確定合理的布置方式為內錯布置。提出左幫密集錨桿支護、整體讓壓的底抽巷內錯布置圍巖控制技術，應用于實踐，取得了良好的工程效果。

關鍵詞：突出煤層;底抽巷;位置;內錯;外錯

中圖分類號：TD353 ? ? ? ? 文獻標志碼：A ? ? ? ? 文章編號：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，底抽巷鉆孔質量高，瓦斯預抽、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用[1-3]。底抽巷要為上、下兩個工作面回采巷道的掘進進行瓦斯預抽采服務，期間經歷兩次掘進擾動和一次采動影響，巷道服務周期長，圍巖變形量大，維護困難。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等因素，一般有兩種布置方式[3]，內錯式布置和外錯式布置，外錯式布置為抽放巷布置在工作面側向煤柱底板的低應力區，內錯式布置為抽放巷布置在采空區下應力降低區。本文基于淖爾壕煤礦己1406工作面底抽巷外錯布置和內錯布置圍巖控制效果的數值模擬研究，確定了合理的底抽巷位置，提出相應的圍巖控制技術，取得了良好的工程試驗效果，可以為類似工程提供技術借鑒。

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，北部現回采1406工作面，已回采穩定。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，自然發火期28天，有煤塵爆炸危險。試驗巷道1404工作面運輸巷，巷道寬5.6m，高度3.2m。

2 底抽巷位置優化

2.1 數值計算模型

采用FLAC3D模擬淖爾壕煤礦己1406工作面運輸巷底抽巷開挖、淖爾壕煤礦己1406工作面運輸巷開挖及淖爾壕煤礦己1406工作面回采過程，數值計算模型如圖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，其側向支承壓力在底板的傳播決定了底板應力的大小與分布，數據顯示：淖爾壕煤礦己1406工作面回采后，應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的區域。選擇兩種布置方案，一是外錯布置，與淖爾壕煤礦己1406工作面機巷水平距離16m，垂直距離為22m，外錯布置巷道處于應力升高區，但受動壓影響相對較小;二是內錯布置，與淖爾壕煤礦己1406工作面機巷水平距離16m，垂直距離為22m，內錯布置巷道整體處于應力降低區，但動壓顯現劇烈。具體位置關系如圖2所示。

2.3 應力分布規律

底抽巷經歷兩次掘進擾動、一次采動影響后， 機巷相當于底抽巷的卸壓巷，外錯布置時，在底抽巷兩幫形成大范圍的垂直應力集中區，底抽巷與機巷間煤柱在掘進擾動疊加應力與在側向支承壓力共同作用下，有效承載面積迅速減小，機巷變形量增加，側向支承壓力主要由底抽巷左幫承載，左幫垂直應力集中系數高達2.6，右幫垂直應力集中系數為2.2，因巷道整體處于應力增高區，頂底板圍巖形成大范圍的垂直應力降低區。內錯布置時，底抽巷經歷強動壓作用后，處于采空區下應力降低區內，因作用時間短，頂底板破壞范圍小，垂直應力降低區范圍也小，兩幫沒有明顯的垂直應力集中區，但在左幫，至煤幫深度10m位置，垂直應力逐漸恢復至原巖應力，相比右幫，左幫承受的垂直應力較大，兩幫偏載嚴重。

3 底抽巷圍巖控制技術

內錯布置底抽巷經過一次采動后，左幫變形量大且在動壓作用期間，巷道變形劇烈，因此，提出左幫密集支護、整體讓壓的圍巖控制技術，以圍巖控制效果為基本指標，綜合考慮支護成本、施工速度等因素，最終確定淖爾壕煤礦己1406工作面運輸巷底抽巷的圍巖支護方案。

兩幫均采用φ20mmL2400mm的高強度讓壓錨桿，為提高左幫承載能力，其錨桿的布置間排距為700mm×850mm，右幫圍巖變形較小，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。

設計錨桿預緊力為400N·m，鋼帶選用φ14mm圓鋼全焊接，全斷面使用金屬網。讓壓錨桿結構如圖3所示，與普通錨桿相比，多一個讓壓管，新型讓壓管一般具有恒阻的特點，動壓顯現時，讓壓管先變形，期間支護阻力不變，達到塑性屈服極限后，相當于普通錨桿。

高強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力，使其處于較易維護的應力環境，而且能增加支護強度，如圖1所示，因整個讓壓過程錨桿基本處于彈性狀態，錨固體強度可以視為不變，則讓壓后組合拱厚度增大，進而使支護強度增加。

4 結束語

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

參考文獻：

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

[2]趙帥.胡底煤業底抽巷穿煤區域全錨索支護試驗[J].煤礦現代化，2018（04）：34-35.