巷道預排瓦斯等值寬度考察研究與應用分析

王虹波

（陜西陜煤韓城礦業有限公司，陜西 韓城 715400）

1 煤礦工程作業面概況

本文以下峪口煤礦23202運順鄰近采空區為例，該掘進工作面位于礦井二水平排矸立井以西，2-3采區中部，與已回采的21203進風順槽相鄰，設計長度為953m。

該工作面主要地貌為山地、溝谷以及基巖裸露出，地表高度高程為717.1～844.7m，工作面高程為331～272m。由此可見，區域內部淺層與中深層蓋山厚度較厚，中淺部與深部蓋山厚度較薄。

該工作面地層產狀總體呈一傾向W,傾角2°～6°，平均4°。掘進施工中主要揭露的地質構造以小斷層構造及沖刷沉積薄煤區為主，受構造影響局部區域煤層頂底板起伏變化較大，對正常掘進有一定影響。

注重研究作業面瓦斯情況，依照回風順槽工作面以及瓦斯地質圖含量，發現某一地點運輸順槽掘進過程中的瓦斯涌出量最大，大約為每分鐘1.35m3。為切實保障作業面后期運行期間的安全性，還需要建立巷道預排瓦斯寬度考察方案，確保巷道預排瓦斯寬度值更加全面精準。

2 巷道預排瓦斯寬度理論分析

2.1 分析巷道煤壁周邊瓦斯

依照煤礦開采理論與實驗研究結果，發現煤層瓦斯從煤壁到巷道深度分別劃分為瓦斯充分排放區、瓦斯滲流區、原始瓦斯區。分別對應位置為卸壓區、應力集中區、原始應力區等。

其中，瓦斯充分排放區主要就是在距離煤壁一定區域內，受到井下環境改變等因素影響，原始瓦斯可以得到充分釋放，并通過巷道進回風流的方式，可不用進行抽空鉆孔；瓦斯運移區又被稱為應力集中區，在巷道掘進期間會受到采掘動力等因素影響。在圍巖結構與煤體結構受到反復應力變化的情況下，應力區域瓦斯運移工作會形成一定的運移通道。隨著采掘時間不斷延長，越靠近巷道的位置，瓦斯運移也會越來越通暢；越靠近煤體深處，瓦斯運移速度將會逐漸變緩。

2.2 可解吸瓦斯含量方式

就目前來看，巷道預排瓦斯寬度考察工作主要包括瓦斯涌出量統計、瓦斯含量測定、經驗公式計算、計算機模擬方式等輔助完成。為切實保障考察結果的全面性，也可以使用可解吸瓦斯含量分析方式。依照煤體瓦斯流變以及滲流理論，在煤壁暴露時間增加的情況下，瓦斯壓力與瓦斯含量值將會進一步減少。在距離煤壁較遠時，瓦斯含量以及瓦斯壓力將不會發生明顯變化。由于煤層內部瓦斯運移工作會受較多因素影響，因此在煤壁暴露時間達到一定程度時，還可以將巷道預排瓦斯等值寬度取常值，以便從根本上提高瓦斯寬度值精度與全面性。

3 巷道預排瓦斯寬度考察方案

經過實際調查研究發現，該工作面的埋深較大，采用沿空掘巷的方式，煤體將會承受較大的支撐壓力。相較普通回采巷道而言，沿空掘巷力學環境存在較大差異，瓦斯排放效果不明顯。

根據《防治煤與瓦斯突出細則》要求，掘進煤巷區域突防控制范圍為巷道兩側輪廓線不低于15m。因此為確保工作面能夠在后期順槽掘進期間實現安全掘進要求，應當嚴格遵循沿空煤體應力以及瓦斯參數的分布規律，合理設定力學條件下的煤空煤體瓦斯排放寬度。

現場考察參數，著重考察工作面實體煤一側的瓦斯含量，分析瓦斯含量指標變化規律，確定工作面沿空煤體以及填空巷道的瓦斯排放寬度，為后續工作面掘進工作提供重要參考依據。

在工作面迎頭向實體煤側施工長鉆孔（94mm），測試不同深度條件下的煤層瓦斯含量。鉆孔施工時，應盡量避免區域措施鉆孔的影響，此鉆孔應當在每輪區域措施鉆孔執行前施工，區域措施鉆孔可根據此鉆孔實際進行調整，開孔位置為巷道迎頭左幫實體煤側，連續測試3輪，如圖2所示，參數見表1。

表1 鉆孔取樣參數記錄表

4 巷道預排瓦斯寬度考察結果

4.1 沿空掘巷防突原理

由礦壓顯現原理可知，在長壁回采工作面一側采空區的煤體或煤柱結構中，如支撐存在壓力較大，該壓力將會從煤體邊緣到深部造成松塌區、松弛區、塑性區等情況。其中，松塌區的圍巖結構已經出現松動與塌落情況，不能夠完全承受垂直壓力，但仍然可以繼續傳遞水平應力。在松弛區域內，圍巖結構已經出現位移情況，圍巖結構的強度被削弱，只能夠承受住原始壓力荷載，因此被稱為卸載區與應力降低區。塑性區域需要承受住較高的原始壓力，其與應力升高的彈性區域結合在一起，被統稱為承載區或者盈利升高區。在塑性區與彈性區的交界處，通常是垂直應力最高的地點。

4.2 沿空條帶煤柱卸壓寬度研究

依照巷道預排瓦斯寬度理論，在沿空條帶煤柱工作面順槽掘進期間，需要細致分析卸壓帶范圍，巷道掘進期間的煤層暴露初期與瓦斯流場非穩定狀態。煤體瓦斯含量以及瓦斯壓力值會隨時間的變化而變化。在迎頭掘進后，非穩定流場內部瓦斯數量變化劇烈，隨后趨于穩定狀態。

經過大量實驗研究表明，在巷道周邊裂縫與卸載區域最終邊界與卵形更為接近，因為卵形的偏心率較小，實際卸載壓力范圍可以用半徑表示，卸載圈的最終半徑約等于巷道區域的3～4倍。在掘進工作面的瓦斯釋放一段時間后，由于瓦斯借助擴散層與滲透流等形式進入巷道之內，在距離巷道煤壁較遠的地方，煤層的原始瓦斯含量也會受到嚴重不利影響，通過實際分析掘進巷道區域內部瓦斯寬度，發現瓦斯含量較低區域與掘進巷道時間、巷道寬度值密切相關。通過計算出巷道寬度值，可以估算瓦斯較長時間排放后的降低區域。

4.3 工作面實體煤側瓦斯含量考察結果

在23202運順工作面迎頭向實體煤側施工長鉆孔，測試不同深度條件下的煤層瓦斯含量。在鉆孔施工過程中，需要根據區域內實際鉆孔要求，對鉆孔位置進行細致調整。要求開口位置應當為巷道左幫實體煤側，連續測試3輪。

實際測量工作應當涉及傾角、偏角、距21203采空區對應寬度、剩余外絲含量等的內容。根據《防治煤與瓦斯的突出細則》要求布置測點，向煤層施工直徑為94mm鉆孔，共施工參數測定鉆孔6個，測點15個。測點需要分別取位于巷道前進方向左側輪廓線外5m、10m、15m、20m、25m，取樣測定23202運順巷道前進左幫15m范圍內殘余瓦斯含量最大值為7.6408m3/t，小于8m3/t。結合工作面沿空掘巷防突原理，分析沿空條帶煤柱卸壓寬度，以便制定出專項考評的實際開采與掘進計劃。

造成沿空掘巷煤層風險問題的原因主要就是卸壓區內部煤體結構受到破壞，地應力降低，卸壓范圍內部的煤層透氣性能增大，吸附的大量瓦斯被釋放，導致煤層在實際施工期間出現較多較多安全隱患。煤層巷道需要優先布置在被保護區域內，要求其他卸載區域無明顯突出問題。由于巷道前進方向左側15m內已經消除了煤與瓦斯的危險性，因此可以判斷采空區域內卸載排放寬度為前進方向向左15m的范圍內是安全的，巷道預排瓦斯寬度值有效，并可以為后續工作面防突管理機制的優化提供重要理論依據。

5 結語

總而言之，通過分析巷道預排瓦斯寬值考察結果，能夠切實提升后續開展水平，為開采管理機制的設定提供重要參考依據。具體來說，本文案例中的沿空掘巷內部煤體被破壞，地應力降低、卸壓范圍內的煤層透氣性能增大，吸附的大量瓦斯得到釋放，減少突出問題發生概率。為切實保障巷道實際運行質量，需要保障采空區預排瓦斯等寬度值精準度，制定出專項可行的防突管理對策。