綜采工作面高位抽放巷的研究與應用

周 宇 胡躍勇 陶孟德

（沈陽焦煤股份有限公司紅陽三礦，遼寧 遼陽 111307）

紅陽三礦西一718 采煤工作面最大采深-915.9 m，所采7 煤為復合煤層，上覆6 煤為3 層復合不可采煤層，與7 煤層間距平均為18.4 m。7 煤在回采過程中，存在工作面上隅角及工作面瓦斯超限的安全隱患。

根據礦井本采區已采相同煤層鄰近工作面實測可知，6 煤層釋放出的瓦斯是影響上隅角及工作面液壓支架架間瓦斯濃度的主要來源，因此控制6 煤釋放到工作面的瓦斯是關鍵。

1 工程概況

西一718 采煤工作面最大采深-915.9 m，運回順落差10.3 m，所采煤層為復合煤層7 煤，由7-1 煤、7-2 煤和7-3 煤組成。7-1 煤平均厚度0.3 m；夾矸泥巖，平均厚0.65 m；7-2 煤平均厚0.5 m；夾矸泥巖，平均厚0.15 m；7-3 煤平均1.10 m。7-1 煤直接頂為泥巖，厚度11.2 m；基本頂為細砂巖，厚度7.6 m。上覆6 煤，3 層復合煤層，總計煤厚平均1.25 m，三層夾矸總厚平均4.15 m，不可采煤層，與7 煤層間距平均為18.4 m。基本頂為5.8 m 厚的粉砂巖，直接頂為8.7 m厚的泥巖，老頂為8.7 m厚的細砂巖，其堅固系數f=5～6。

該工作面煤層層理發育，共有斷層25 處，落差小于1.0 m的斷層有18條，落差大于1 m的有7條。圍巖富水性弱，圍巖正常涌水量1 m3/h。工作面采用走向長壁后退式開采， U 型通風。工作面運順側間距平均20 m 外有一落差5 m 的平行于運順的斷層，間隔100 m 的煤柱外側為傾斜長壁回采工作面采空區。

2 瓦斯來源分析

回采期間主要是本煤層及鄰近6 煤層釋放的瓦斯涌入工作面，實測瓦斯相對涌出量3.15～3.66 m3/t，回采期間7 煤最大絕對瓦斯涌出量為9.52 m3/min。根據本區已采相同煤層鄰近工作面測算出，6 煤層最大絕對瓦斯涌出量為6～6.4 m3/min。涌入工作面的瓦斯量總計15.52～15.92 m3/min。7 煤為全采煤層，不留頂底煤，采空區無遺煤。從數據分析來看，6煤層釋放出的瓦斯是影響上隅角及工作面液壓支架架間瓦斯濃度的主要來源，因此控制6 煤釋放到工作面的瓦斯是關鍵。

3 高位抽放巷設計

回采工作面采后，會在采空區垂直方向形成三帶：垮落帶、裂隙帶、彎曲下沉帶。利用裂隙帶內受采動影響形成的裂隙對采空區內的瓦斯進行抽放，如圖1。

圖1 西一采區718 工作面高位抽放巷作用機理剖面圖（m）

高位巷最佳的位置是保證能夠對采空區瓦斯盡早進行抽放，并且進入采空區內的抽放巷保證有效抽放作用時間，最佳的抽放效果是使采空區瓦斯不向或者少量向工作面涌出。正常回采過程中上隅角及回風順槽不出現瓦斯超限。基于以上設計要求，高位巷布置在細砂巖中，斷面7.8 m2，水平方向置于回風順槽內側30 m 處，西一718 工作面回采垮落帶高度確定為11 m，將高位巷布置在裂隙帶中下部，高于7 煤頂板20～28 m，且貫穿整個回采推進段。巷道注砂封閉段距停采線大于70 m，如圖2、圖3。

圖2 西一采區718 工作面高位抽放巷布置平面圖

圖3 西一采區718 工作面高位抽放巷布置剖面圖（m）

層位高差布置考慮到的是使高位巷處于裂隙帶內，保持在6 煤頂板上方，設計與6 煤間距保持在5 m 左右，且裂隙帶出現裂隙后較早和較長時間發揮抽放作用。從開采之初即讓高位巷起到抽放作用，因此抽放巷貫穿整個回采推進塊段，距工作面切眼100 m 范圍內層間距降到20 m，降低了與7 煤層間距，初采采空區 “三帶”形成的比較晚，裂隙帶更靠近工作面，降低抽放巷與工作面的高度，可以提高對6 煤抽放效果。

4 高位抽放巷的應用對比分析

高位抽放巷在西一718 工作面實際應用對比分析，見表1。

表1 西一718 工作面高位抽放巷在實際應用對比分析表

工作面在老頂初次來壓期間綜合抽放率為53%，其中高位巷的抽放量是高位鉆孔的1.3 倍。在裂隙帶完全形成高位鉆孔停抽時高位巷抽放率達到55%，且上隅角的瓦斯濃度遠沒有達到超限值。通過分析對比發現高位巷初抽時期的層位關系選擇沒有達到理想狀態，還需調整；正常回采時期高位巷在降低抽放壓力的情況下比使用高位抽放鉆孔的抽放效果好30%。高位巷抽放期間采空區的瓦斯向工作面只有少量的涌出，對回風順槽瓦斯濃度影響微乎其微。需要注意的是盡管上隅角瓦斯不超限，但是瓦斯濃度值大于液壓支架架間的瓦斯，高位巷與回風順槽的水平距在今后還應合理調整，力爭取消采空區埋管抽放后，上隅角瓦斯也能得到合理控制。

5 高位巷吸能研究與效果

5.1 高位巷頂板預裂及吸能分析

當煤巖體內積聚能量達到一定程度釋放時，會迅速向四周煤巖體傳播，能量在傳播過程中沒有得到足夠的損耗，就可能發生沖擊地壓。減少沖擊地壓的發生主要從兩方面入手：一是防止較大能量的積聚和瞬時釋放；二是能量在釋放過程中得到足夠消耗或者轉移。

（1）采空區頂板預裂

西一718 工作面根據采空區頂板冒落“三帶”層位關系及頂板堅硬程度分析，有兩層頂板可能形成沖擊地壓危險，高位瓦斯抽放巷正好位于這兩層堅硬頂板的中間位置，對其上下堅硬頂板形成一個剪切面，水平方向的布置利用煤柱保護卸壓角理論計算可知，與煤柱相距30 m 是采動應力集中區。利用“胡克定律”判定可知，受采動影響產生的集中應力正好作用在高位抽放巷的頂、底板上，高位抽放巷自由空間面的形成，消除了堅硬頂板的屈服條件使其無法形成彈性變形，在力的作用下其形變為塑性變形，能夠加快采空區老頂變形、斷裂，不致形成大面積懸空的彎曲下沉帶，提前破壞了頂板完整性，使頂板沖擊能量無法積聚。西一718 工作面回順側巷道在回采過程中基本沒有大于200 mm的變形，實際情況也證明了采空區老頂因為高位抽放巷剪切面的形成及時發生了斷裂，對距離高位抽放巷近側的工作面以外巷道沒有造成較大破壞，說明采空區頂板沒有出現應力集中。

（2）沖擊能量的吸收

微震能量發生時，能量在傳導過程中，將對高位抽放巷形成一次沖擊。根據能量守恒定律可知，力在經過高位抽放巷時會對巷道圍巖及支護造成破壞，與此同時巷道的破壞變形也會對沖擊力有一個阻尼作用，能量會有一定程度的損耗，大大地降低了大能量沖擊波作用在工作面和回采巷道上，保護了巷道的完好性，同時也就充分說明了高位抽放巷具有一定的吸能作用。

5.2 沖擊地壓能量監測及效果

西一718 工作面每10 組液壓支架安裝一臺壓力傳感器，觀測頂板壓力情況。通過每班一次的液壓支柱監測數據分析，除初次來壓以外，工作面液壓支架無因采空區老頂來壓步距周期內形成的壓力遞增現象，說明采空區頂板破碎及時垮落，沒有因保護煤柱支撐梁的存在形成大面積懸頂，也就無法形成有規律的周期來壓。

在開采過程中沒有發生一次1×105J 的能量事件，工作面附近僅發生3 次大于1×104J 能量事件，從實際效果來看高位抽放巷的使用對沖擊地壓能量事件的發生具有一定的緩解抑制作用。

6 結語

西一718 工作面采用高位瓦斯抽放巷治理瓦斯方案，通過設計合理的瓦斯治理巷層位，有針對性地提高了上煤層的瓦斯抽放效果，同時避免發生順槽打瓦斯抽放鉆孔與工作面回采平行作業。高位抽放巷正常抽放期間比使用高位抽放鉆孔的抽放效果好30%，裂隙帶完全形成高位鉆孔停抽時高位巷抽放率達到55%，且上隅角的瓦斯濃度遠低于限值，瓦斯治理效果良好，有效地解決了瓦斯抽采平衡問題。同時，高位抽放巷的使用，能夠加快采空區老頂變形、斷裂，提前破壞了頂板完整性，降低老頂斷裂瞬時釋放能量，對沖擊地壓能量事件的發生具有一定的緩解抑制作用。