底抽巷多用途技術(shù)研究及應(yīng)用實踐

榮紅巖

摘要：結(jié)合古漢山礦煤層和瓦斯分布特點，進(jìn)行底抽巷多用途的可行性技術(shù)研究，結(jié)合應(yīng)用效果的分析結(jié)果，驗證底抽巷多用途的可行性。

關(guān)鍵詞：古漢山礦 ?底抽巷多用途技術(shù) ?效果評價

1 項目背景

古漢山礦位于焦作煤田的東北部，夾持于古漢山斷層和油坊蔣村斷層之間，其基本構(gòu)造輪廓為一向南東緩傾的單斜構(gòu)造，地層產(chǎn)狀大致走向為北東40°，傾角為12°～17°。井田內(nèi)構(gòu)造形式以斷裂為主，局部出現(xiàn)小的褶曲，主要的斷層為北東東或北東向，總體構(gòu)造簡單。

古漢山礦屬于典型的“三高”礦井（即煤與瓦斯高突出危險性，高承壓水、高地應(yīng)力），復(fù)雜地質(zhì)條件且不具有開采保護(hù)層條件，主要采取預(yù)抽煤層瓦斯區(qū)域防突措施。

2 底抽巷概況

2.1 巷道布置。古漢山礦水文地質(zhì)類型屬極復(fù)雜型，礦井24線以西水地質(zhì)條件比較簡單，地下水富水性較弱;26線以東水文地質(zhì)條件比較復(fù)雜，地下水富水性較好。礦井主要充水含水層有L8、L2、O2灰?guī)r含水層：L8灰?guī)r水是二1煤層底板的直接充水水源，L8灰?guī)r含水層巖溶裂隙較發(fā)育，連通性好，水壓2.0～4.5MPa，距二1煤層底板20.68～50.33m，平均35.55m，其間由泥巖，砂質(zhì)泥巖隔水層和堅硬的砂巖組成，層厚5.07～10.07m，平均8.30m。L2灰?guī)r含水層，層厚5.90～21.62m，平均12.57m，巖溶裂隙發(fā)育不均，在斷層附近，該層水與L8灰?guī)r水力聯(lián)系密切，易引起礦床突水淹井。O2灰?guī)r含水層埋深300.76～788.60m，平均534.06m，由于該含水層水量豐富，水頭壓力高，在斷層附近，該層水與L2、L8灰?guī)r水發(fā)生水力聯(lián)系，是導(dǎo)致礦井突水淹井的主要原因，嚴(yán)重危及礦井安全生產(chǎn)。綜合考慮礦井水文地質(zhì)環(huán)境及底抽巷瓦斯抽采鉆孔不宜過長，抽采效果及底抽巷維護(hù)等因素，底抽巷一般布置在煤層底板下10m左右的巖層中。

在平面上底抽巷與工作面煤巷呈重疊或內(nèi)錯布置，內(nèi)錯煤巷距離在10m以內(nèi)。由于底抽巷要為下一個工作面回采巷道服務(wù)，服務(wù)周期長，內(nèi)錯布置時，底抽巷兩幫應(yīng)力集中程度較低，與外錯布置相比，應(yīng)力峰值靠近幫表面，塑性區(qū)范圍相對較小。內(nèi)錯布置底抽巷雖然經(jīng)過一次采動影響，但此后長期處于低應(yīng)力環(huán)境中，巷道整體比較容易維護(hù)。而外錯布置底抽巷一直處于高應(yīng)力環(huán)境，圍巖變形量極大，對巷道維護(hù)極其不利。

2.2 底抽巷支護(hù)方式：為了保持巷道的穩(wěn)定性，防止圍巖垮落或變形過大，巷道掘進(jìn)后需要及時進(jìn)行支護(hù)。支護(hù)斷面形式主要考慮圍巖的地壓大小和方向，巷道選用的支護(hù)材料和支護(hù)方式、巷道的用途和服務(wù)年限。根據(jù)該礦地質(zhì)特征、施工巷道變形規(guī)律和經(jīng)濟(jì)性考慮，底抽巷采用錨網(wǎng)噴支護(hù)，斷面為3.6m×3.3m（凈寬×凈高）直墻半圓拱形斷面，凈斷面積10.5m2。

錨桿采用Ф20×2400mm高強(qiáng)度預(yù)應(yīng)力錨桿。錨桿間排距700×700mm;錨固劑規(guī)格：Ф23×600mm，MSCK2360、MSZ2360型樹脂錨固劑各一支（MSCK2360型置于孔底）。錨桿托盤為方形，規(guī)格：150×150mm，用厚度10mm鋼板壓制成弧形，配套標(biāo)準(zhǔn)螺母緊固，錨桿外露長度為10～40mm，錨固力不小于70kN，扭矩不小于200N·m;金屬網(wǎng)：采用Ф6mm壓痕鋼筋網(wǎng)，網(wǎng)片規(guī)格：1500×800mm，網(wǎng)格規(guī)格：100×100mm，搭接長度不少于100mm，接口壓在成排錨桿下，用錨桿托盤壓牢，并每隔200mm使用雙股12號鐵絲擰綁至少三股，要連接牢固，連接點要均勻。噴射混凝土抗壓強(qiáng)度不低于C20。巷道斷面附圖如下：

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3 底抽巷多用途的可行性技術(shù)研究

底板抽采巷位于煤層底板巖石中，巷道工程量大，掘進(jìn)周期長，投入成本高，但有效服務(wù)周期短。若僅僅作為預(yù)抽煤層瓦斯使用，功能較為單一，不僅生產(chǎn)工作面準(zhǔn)備時間長，瓦斯治理費(fèi)用高，而且管理復(fù)雜。如何通過提高底抽巷道的利用效率來降低瓦斯抽采成本、提高瓦斯抽采效果是值得探討的問題。

本著降低投入、節(jié)約成本原則，對底抽巷的布置方式和用途進(jìn)行了充分的論證和分析，在嘗試對底抽巷作為瓦斯抽采巷功能的基礎(chǔ)上實現(xiàn)多種用途的可行性進(jìn)行探討及研究。提出了 “一巷多用”技術(shù)設(shè)想。對底抽巷“巷道如何支得住、留巷如何留得??？巷道如何復(fù)用？瓦斯抽采如何抽得出、最大化？”進(jìn)行聯(lián)合攻關(guān)，實現(xiàn)了“一巷多用涂”目標(biāo)，并在古漢山礦進(jìn)行了一些應(yīng)用，取得了良好效果，實現(xiàn)了底抽巷最大價值化。

底抽巷在古漢山礦主要用途如下：①施工穿層鉆孔用于采掘工作面防突和預(yù)抽、煤層注水、石門揭煤預(yù)抽。②利用底抽巷進(jìn)行通風(fēng)系統(tǒng)、運(yùn)輸系統(tǒng)等生產(chǎn)系統(tǒng)改造。③利用底抽巷對回采工作面底板注漿堵水加固改造、掘進(jìn)工作面斷層探測與超前加固;④采區(qū)邊界上（下）山底抽巷道用于綜采支架運(yùn)輸通道，煤巷切眼掘進(jìn);⑤回采工作面低洼積水處，經(jīng)鉆孔疏水后作為排水陣地，臨時水倉等。⑥作為排矸陣地充填廢棄底抽巷巷道。

4 應(yīng)用情況及效果評價

4.1 區(qū)域防突措施設(shè)計。結(jié)合本礦井煤層賦存、瓦斯和巷道布置特點，原始應(yīng)力煤層瓦斯采用底抽巷中實施穿層鉆孔+高壓水力沖孔增透+帶壓封孔+中深孔全工作面覆蓋抽放技術(shù)進(jìn)行瓦斯綜合治理，對回采區(qū)段進(jìn)行預(yù)抽，取得了良好效果?，F(xiàn)以1602工作面底抽巷為例：

4.1.1 區(qū)域瓦斯治理措施的選擇及控制范圍：根據(jù)1602工作面的瓦斯地質(zhì)資料，采用在1602底板抽采巷內(nèi)施工穿層鉆孔預(yù)抽1602運(yùn)輸巷煤巷條帶及區(qū)段煤層瓦斯，待抽采達(dá)標(biāo)后掘進(jìn)16021運(yùn)輸巷。1602底抽巷抽采鉆孔控制巷道下幫輪廓線外30m，上幫輪廓線外70m-83m。沿煤層傾向方向控制100m-113m，1602底板抽采巷控制范圍原煤儲量為86.67萬t。

4.1.2 抽采技術(shù)參數(shù)選擇。鉆孔間距及鉆孔布置方式的確定：根據(jù)河南理工大學(xué)在1603二號底板抽采巷測定的鉆孔抽采時間在不小于半年時極限抽采影響半徑為3.22m，因整個16采區(qū)瓦斯地質(zhì)規(guī)律相似，故1602底抽巷穿層抽采鉆孔瓦斯抽采影響半徑按照3.0m取值進(jìn)行設(shè)計。設(shè)計在1602底抽巷巷道內(nèi)施工穿層鉆孔掩護(hù)16021運(yùn)輸巷，因巷道斷面規(guī)格以及巷道距煤層底板最小法線距離不同，故將該設(shè)計分為三段：統(tǒng)尺0-480m為AB段，每組17個鉆孔，分兩列布置，奇數(shù)列9個，偶數(shù)列8個;統(tǒng)尺481-720m為BC段，每組16個鉆孔，分兩列布置，每列8個;統(tǒng)尺721-1020m為CD段，每組16個鉆孔，分兩列布置，每列8個;每組鉆孔組間距均為6m，列間距3m。

4.1.3鉆孔工程量計算。根據(jù)公式：

L=■×100%

其中：L——煤段鉆孔總長，m;Nc——抽出瓦斯量，m3;t——工作面預(yù)抽期，min;q0——百米鉆孔瓦斯流量，取0.05m3/min·hm。

經(jīng)計算需要的煤段鉆孔工程量為26710m，設(shè)計時應(yīng)結(jié)合工作面的實際情況合理布置鉆孔。

根據(jù)鉆孔布置方式，計算1602底抽巷抽采鉆孔2947個，鉆孔總長度97833m。其中巖孔段長度67949m，煤段長29884m。

4.1.4 鉆孔施工組織。2013年9月15日起，在1602底抽巷5部鉆機(jī)同時運(yùn)轉(zhuǎn)，日進(jìn)330m（22m/班/鉆），月進(jìn)9900m，預(yù)計2014年5月施工結(jié)束。

抽采管路的選擇及鋪設(shè)

4.1.5 抽采管路選擇。根據(jù)AQ1027-2006《煤礦瓦斯抽采規(guī)范》，按下述公式計算工作面瓦斯抽采管直徑：

R=0.1457■

其中：R——瓦斯管內(nèi)徑，m;Q——管路內(nèi)的混合瓦斯流量，m3/min;V——經(jīng)濟(jì)流速（m/s），取10m/s。

根據(jù)古漢山礦16采區(qū)煤層瓦斯含量大、氣源豐富的特點，管路內(nèi)抽采瓦斯?jié)舛劝?5%預(yù)計，則混合流量按以下公式計算：

Qh=■

Q=Qh/0.45

其中：Qh——管路內(nèi)的瓦斯純流量，m3/min。

1602底板抽采巷共設(shè)計瓦斯抽采鉆孔2947個，設(shè)計煤段孔深29884m，鉆孔瓦斯流量0.05m3/min·hm，計算該巷道純流量9.06m3/min，混合流量15.34m3/min，抽采瓦斯管徑不小于214mm，根據(jù)《焦煤集團(tuán)瓦斯抽采管理技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)》規(guī)定，采掘工作面瓦斯抽采管路直徑不小于300mm。根據(jù)抽采管路的選型必須滿足防腐蝕、阻燃、抗靜電的要求，因此該抽采巷瓦斯抽采支管路選用內(nèi)徑300mm的復(fù)合鋼管。

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圖1 ?抽采管路鋪設(shè)及鉆孔布置示意圖

4.1.6 抽采計量。1602底抽巷配備有瓦斯抽采監(jiān)控系統(tǒng)實時監(jiān)控管網(wǎng)瓦斯?jié)舛取毫土髁康葏?shù)，監(jiān)控系統(tǒng)為KJ-370在線監(jiān)測系統(tǒng)。1602底抽巷抽采管路入口設(shè)置計量點，實施在線監(jiān)測和標(biāo)準(zhǔn)孔板雙計量，安裝孔板地點設(shè)旁通管并設(shè)截門，孔板測定周期為7天;支管路每80～100m安設(shè)導(dǎo)流管，采用便攜式瓦斯抽采參數(shù)測定儀測定瓦斯?jié)舛?、?fù)壓、流量、溫度參數(shù)，測定周期為7天;抽采孔單孔應(yīng)設(shè)置觀察孔，并加截門，只測定瓦斯?jié)舛?、?fù)壓，測定周期為15天，若遇特殊情況，可增加觀察次數(shù)。

4.1.7 瓦斯抽采工藝設(shè)計

①抽采設(shè)備設(shè)施：西風(fēng)井大泵服務(wù)于該巷道穿層抽采，西翼井下抽采泵站服務(wù)于該巷道穿層鉆孔施工過程中的分源抽采，其中西風(fēng)井至1602底板抽采巷管路內(nèi)徑為450mm，總長度1500m;西翼井下抽采泵站分源抽采管路內(nèi)徑為250mm，總長度600m。

西風(fēng)井安裝有2臺2BEC-60服務(wù)于該巷道穿層抽采，該泵抽采能力為300m3/min，并安裝有KJ-91A型管道瓦斯監(jiān)控系統(tǒng)兩套。西翼井下抽采泵站型號為2BEC-42，抽采能力為120m3/min。

②鉆孔布置。2012年以來，該礦堅持采取底板巖巷穿層抽采的區(qū)域瓦斯治理措施。為發(fā)揮底板抽采巷最大的抽采效益，減少底抽巷的巷道工程量，采取在16采區(qū)施工的底抽巷進(jìn)行中深穿層鉆孔覆蓋全工作面作業(yè)。通過在1602、1603工作面（切眼長140m）上、下底抽巷試驗小傾角穿層鉆孔覆蓋的試用，采取“高壓水力沖孔、帶壓封孔技術(shù)、鉆孔測斜、全長下篩管”等措施，有效解決了中深孔不易排碴、深部塌孔等技術(shù)難題。提高了煤層透氣性和瓦斯抽采速度，通過不斷實驗改進(jìn)了水力沖孔的工藝流程及主要設(shè)備情況并結(jié)合古漢山礦的實際條件，確定了水力沖孔的成熟的配套技術(shù)措施，實施水力沖孔技術(shù)措施后，最高單孔沖出煤量20t，消除了激發(fā)突出的應(yīng)力，煤層的透氣性增強(qiáng)，大幅度縮短了抽采達(dá)標(biāo)時間，有效解決了構(gòu)造煤和瓦斯對工作面回采過程中的影響。

4.2 16軌道下山石門揭煤。按照區(qū)域瓦斯治理三年規(guī)劃目標(biāo)，該礦在16采區(qū)施工了一條底板下山，利用底板巷穿層鉆孔預(yù)抽煤層瓦斯進(jìn)行消突治理，采取了水力沖孔和帶壓封孔技術(shù)，有效提高了該地區(qū)的瓦斯抽采效果，揭煤爆破作業(yè)后，T1瓦斯?jié)舛茸畲髢H0.32%，創(chuàng)造了該礦高突地區(qū)揭煤爆破后絕對瓦斯涌出量新低。

古漢山礦16軌道下山揭煤成功，確保安全條件下盡快形成了16采區(qū)生產(chǎn)系統(tǒng)。該采區(qū)煤炭地質(zhì)儲量豐富，其中可采儲量為826.5萬噸，揭煤成功使采區(qū)生產(chǎn)系統(tǒng)進(jìn)一步得到優(yōu)化，為通風(fēng)、排水系統(tǒng)的形成奠定了基礎(chǔ)。

4.3 通風(fēng)系統(tǒng)改造。通過底抽巷在16采區(qū)臨時通風(fēng)系統(tǒng)改造，使16采區(qū)形成“一進(jìn)二回”臨時通風(fēng)系統(tǒng)，并構(gòu)成了1602底抽巷、1603（1）底抽巷、1603（2）等底抽巷各自獨(dú)立的回風(fēng)系統(tǒng)，改變了16采區(qū)只能一個有掘進(jìn)工作面作業(yè)的局面，實現(xiàn)了多條底抽巷同時作業(yè)，為16采區(qū)軌道下山揭煤貫通最終形成正規(guī)生產(chǎn)系統(tǒng)贏得了時間。目前1602底抽巷已竣工正在穿層抽采作業(yè);16軌道下山已貫通，極大地緩解了14、16采區(qū)之間緊張的生產(chǎn)接替局面，為該礦實現(xiàn)良性發(fā)展打下了堅實基礎(chǔ)。

4.4 運(yùn)輸系統(tǒng)改造。通過16采區(qū)設(shè)計優(yōu)化，新增加一條底板巖巷做為16皮帶下山，避免了原主煤流系統(tǒng)巷道布置在煤層中，造成巷道前掘后修，多次支護(hù)，反復(fù)修理多次投入，巷道面貌較差現(xiàn)象，也避免了采區(qū)生產(chǎn)期間巷道破壞變形，進(jìn)行巷修時影響采區(qū)正常生產(chǎn)現(xiàn)象。把原16皮帶下山（煤巷）改為措施巷，作為措施巷服務(wù)年限及要求斷面規(guī)格較低，可減少維修投入，少投入36U鋼棚維修巷道500m，經(jīng)濟(jì)效益顯著。優(yōu)化后的16皮帶下山掘進(jìn)巷道，從巷道成型情況來看，成型質(zhì)量好，效果佳，巷道斷面參數(shù)達(dá)到設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)。通過對竣工巷道數(shù)月間的變形量觀測，變形極小，工程質(zhì)量得到了很好的驗證，保證了生產(chǎn)安全，延長了巷道服務(wù)年限，能夠滿足采區(qū)生產(chǎn)要求。

5 結(jié)束語

目前國內(nèi)經(jīng)濟(jì)增長進(jìn)一步放緩。受經(jīng)濟(jì)增長放緩、煤炭產(chǎn)能過剩等多種因素影響，煤炭需求整體疲軟。煤炭行業(yè)發(fā)展形勢難言樂觀。面對嚴(yán)峻的經(jīng)濟(jì)形勢，利用底抽巷一巷多用技術(shù)，打破常規(guī)，勇于創(chuàng)新，來提高企業(yè)經(jīng)濟(jì)效益和保持穩(wěn)定的基礎(chǔ)。而底板抽采巷多種用途的可行性，對推動煤炭生產(chǎn)的高產(chǎn)高效，降低瓦斯治理成本，提高單產(chǎn)單進(jìn)水平有顯著的推進(jìn)作用，為以后底板抽采巷的設(shè)計、施工提供了參考依據(jù)，拓寬了思路。

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