東曲礦高抽巷合理位置研究

郭 坦

(西山煤電集團(tuán)有限責(zé)任公司 技術(shù)中心，山西 太原 030053)

東曲礦高抽巷合理位置研究

郭 坦

(西山煤電集團(tuán)有限責(zé)任公司 技術(shù)中心，山西 太原 030053)

綜采工作面高抽巷在實(shí)際應(yīng)用過程中，若不充分考慮開采引起的覆巖活動規(guī)律，實(shí)際抽放瓦斯效果會不理想。本文通過相似材料模擬試驗(yàn)，對西山煤電集團(tuán)東曲礦28202工作面高抽巷位置進(jìn)行合理布置，并通過現(xiàn)場工業(yè)試驗(yàn)，對高抽巷的位置進(jìn)行優(yōu)化，得出接替工作面高抽巷布置時(shí)應(yīng)考慮進(jìn)一步增大內(nèi)錯(cuò)距離，內(nèi)錯(cuò)工作面30～50 m，高抽巷主要部分的高度增至50～60 m. 最終確保了瓦斯的有效抽采。

瓦斯；高抽巷；合理位置；相似材料模擬；裂隙帶

1 煤礦概況

西山煤電集團(tuán)東曲礦位于古交市市區(qū)，可采儲量4.6億t，設(shè)計(jì)生產(chǎn)能力400萬t/年，礦井主采2#、4#、8#、9#煤層，礦井瓦斯相對涌出量12.86 m3/d，最大絕對涌出量82.18 m3/min，屬于高瓦斯礦井。同煤層的采空區(qū)、上覆煤層泄壓區(qū)域與圍巖區(qū)域?yàn)橥咚褂砍龅闹饕獏^(qū)域。現(xiàn)階段，礦井開采的深度逐漸加大且采煤工作面單產(chǎn)效率日益提高，必然會造成工作面絕對瓦斯涌出量的增加，針對這一問題，現(xiàn)場實(shí)踐中多采用增大配風(fēng)量的方式治理工作面的瓦斯，但效果并不明顯。因此，如何有效地治理采空區(qū)瓦斯、消除安全隱患，成為提高工作面單產(chǎn)的關(guān)鍵因素。

2 相似材料模擬研究

為有效確定高抽巷的合理位置，通過參考以往工作面回采對上覆巖層活動規(guī)律的影響及瓦斯抽放經(jīng)驗(yàn)，根據(jù)東曲礦28202工作面的實(shí)際地質(zhì)情況，進(jìn)行了相似材料模擬實(shí)驗(yàn)。實(shí)驗(yàn)?zāi)Ｐ鸵妶D1.

圖1 28202工作面高抽巷實(shí)驗(yàn)?zāi)Ｐ蛨D

本次實(shí)驗(yàn)采用長5.0 m×高1.0 m×寬0.3 m的相似模型。利用礦壓控制中“垮落帶、裂隙帶、彎曲下沉帶”的相關(guān)理論計(jì)算，代入部分?jǐn)?shù)據(jù)并進(jìn)行初步計(jì)算可知：該工作面垮落帶高度為11.8 m，裂隙帶高度為41.12 m. 實(shí)驗(yàn)的主要目的是針對28202工作面的地質(zhì)條件布置合理位置的高抽巷。相似模擬過程中，將28202工作面布置在8#煤層，采高選定為3.5 m，結(jié)合實(shí)際情況開挖距離為5 m，平均每次的開挖量為5 cm，以此來模擬該工作面的推進(jìn)過程。選取在上覆垮落帶頂部(距8#層10 m)、裂隙帶底部(距8#層15 m)、裂隙帶中上部(距8#層40 m)、裂隙帶上部(距8#層45 m)不同層位布置4條高抽巷，通過研究上覆層位裂隙的發(fā)育變化情況分析各層位高抽巷圍巖變形與裂隙導(dǎo)通的規(guī)律。通過對實(shí)驗(yàn)結(jié)果分析可知：

1) 工作面開始推進(jìn)至40 cm位置時(shí)，其上覆巖層開始在橫向產(chǎn)生裂隙并逐漸出現(xiàn)離層；工作面繼續(xù)推進(jìn)到50 cm位置時(shí)，基本頂初次垮落，垮落高度5 m；當(dāng)工作面推進(jìn)到65 cm時(shí)，上覆巖層垮落并彎曲下沉，垮落高度14.8 cm，對應(yīng)現(xiàn)場垮落帶高度14.8 m；當(dāng)工作面繼續(xù)推進(jìn)到120 m時(shí)，上覆巖層出現(xiàn)周期性垮落。如當(dāng)工作面開采至105 cm時(shí)，當(dāng)工作面繼續(xù)向前推進(jìn)20 cm后，基本頂懸露垮距達(dá)到極限值，繼續(xù)推進(jìn)5 cm，基本頂失穩(wěn)，并伴隨有上覆巖層裂隙發(fā)育和工作面周期來壓。相似模擬實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，28202工作面周期來壓步距為25 m，與實(shí)測值23 m相一致。

2) 工作面整個(gè)推進(jìn)過程中，經(jīng)過開采后的工作面頂板的裂隙發(fā)育是緊跟著開采邊界的，頂板產(chǎn)生的裂隙分布特征為：頂點(diǎn)在邊界且與水平線夾角45°左后；對于永久開采后的邊界，其頂板的裂隙分布特征為：裂隙出現(xiàn)較快但不向煤柱方向擴(kuò)展，頂點(diǎn)在邊界且與水平線夾角60°左右，見圖2.

圖2 永久邊界和移動邊界的裂隙發(fā)育范圍圖

3) 走向方向未達(dá)到充分采動前，上覆巖層的三帶高度發(fā)育不充分。當(dāng)工作面推進(jìn)到65 m時(shí)，垮落帶基本形成，但上覆巖層的裂隙帶發(fā)育不充分。當(dāng)工作面推進(jìn)到120 m時(shí)，裂隙帶已基本形成。隨著工作面的推進(jìn)，裂隙帶中的裂隙進(jìn)一步發(fā)育，達(dá)到距切眼135 m的位置后，其上覆巖層裂隙發(fā)育到最大值，隨著工作面的繼續(xù)推進(jìn)，其上覆巖層產(chǎn)生的裂隙逐漸開始閉合，工作面頂板開始出現(xiàn)周期性的垮落。上覆巖層裂隙帶中裂隙的發(fā)育規(guī)律為：產(chǎn)生—縮小—閉合。

當(dāng)工作面推進(jìn)到180 m后，永久邊界上方的裂隙發(fā)育才充分。

4) 據(jù)上述實(shí)驗(yàn)結(jié)果，在工作面推進(jìn)長度小于65 m的區(qū)域，高抽巷宜布置于裂隙帶的底部，當(dāng)工作面推進(jìn)長度大于65 m時(shí)，高抽巷的位置不宜布置很高，可布置在裂隙帶的下部；當(dāng)工作面推進(jìn)長度大于110 m以后，高抽巷的位置可適當(dāng)提高，根據(jù)上述實(shí)驗(yàn)結(jié)果，考慮不充分采動的影響，高抽巷位置應(yīng)按45°裂隙角考慮。當(dāng)工作面推進(jìn)到180 m以后，高抽巷的位置可按45°～60°裂隙角考慮，但應(yīng)控制在60°裂隙角以下，不應(yīng)超出60°.

3 現(xiàn)場工業(yè)試驗(yàn)

當(dāng)28202工作面高抽巷完成布置后，28202工作面于2011年10月15日開始回采。通過對瓦斯高抽巷的抽放情況進(jìn)行監(jiān)測，進(jìn)而對28202工作面高抽巷的瓦斯抽放情況進(jìn)行評價(jià)，總結(jié)瓦斯活動規(guī)律，對相似條件下的高抽巷位置進(jìn)行優(yōu)化，最終確定合理的高抽巷的位置。

從開始開采到2011年6月11日，整個(gè)觀測期間該工作面共推進(jìn)776 m，且推進(jìn)過程中28202工作面的高抽巷中實(shí)測瓦斯涌出量最大值為25.91 m3/min，最小值為7.3 m3/min，平均值為15.62 m3/min. 經(jīng)計(jì)算，開采過程中高抽巷的瓦斯抽采量占到總抽采量的56.1%. 平均絕對瓦斯涌出量39.32 m3/min，其中風(fēng)排平均瓦斯涌出量11.46 m3/min，則28202工作面高抽巷瓦斯抽出率為39.7%. 28202工作面高抽巷抽放瓦斯?jié)舛茸兓€見圖3，瓦斯抽放量變化曲線見圖4.

圖3 28202工作面高抽巷抽放瓦斯?jié)舛茸兓€圖

圖4 28202工作面高抽巷瓦斯抽放量變化曲線圖

由圖3與圖4的結(jié)果分析可知，28202工作面在推進(jìn)過程中，其高抽巷中瓦斯抽采濃度最大值約為12.7%(抽采初期瓦斯抽采濃度高達(dá)21.3%，但持續(xù)時(shí)間較短，因此不作為研究范圍)。經(jīng)現(xiàn)場實(shí)測，該高抽巷內(nèi)瓦斯絕對涌出量由8.43 m3/min增加至20 m3/min左右，最終峰值可達(dá)25.91 m3/min.

由圖3，圖4可以看出，剛開始生產(chǎn)期間，由于工作面未受到充分采動，工作面采空區(qū)上方圍巖尚未完全垮落，高抽巷還未與工作面采空區(qū)之間形成裂隙通道，工作面采空區(qū)的瓦斯還未進(jìn)入高抽巷內(nèi)，只有高抽巷圍巖的瓦斯涌出，其瓦斯?jié)舛鹊陀?%，其絕對瓦斯涌出量小于10 m3/min. 當(dāng)工作面開采114 m以后，隨著采空區(qū)上覆巖層的彎曲破斷。

隨著工作面繼續(xù)推進(jìn)到300～500 m，工作面上部圍巖周期性垮落，新的裂隙不斷生成，而充分采動區(qū)圍巖的裂隙也在不斷閉合，致使這期間高抽巷內(nèi)瓦斯?jié)舛忍嵘徛?，而絕對瓦斯涌出量趨于平穩(wěn)，只是在斷層、節(jié)理等地質(zhì)構(gòu)造等條件的影響下，高抽巷的絕對瓦斯涌出量穩(wěn)定在9%左右。此后當(dāng)工作面推進(jìn)距離超過600 m后，高抽巷抽出瓦斯的絕對涌出量減小，同時(shí)，配風(fēng)量的減小使得高抽巷瓦斯涌出量減小的趨勢更加明顯。

4 結(jié) 論

1) 相似模擬實(shí)驗(yàn)表明，隨著28202工作面的推進(jìn)，工作面采空區(qū)上覆圍巖裂隙帶的發(fā)育狀況產(chǎn)生相應(yīng)變化。

2) 當(dāng)工作面推進(jìn)到65 m時(shí)，垮落帶基本形成，此時(shí)上覆巖層的裂隙帶發(fā)育不充分；當(dāng)工作面推進(jìn)到120 m時(shí)，裂隙帶基本形成，裂隙主要集中在裂隙帶下部；當(dāng)工作面推進(jìn)到135 m時(shí)，上覆巖層中裂隙發(fā)育最明顯，繼續(xù)推進(jìn)則裂隙逐漸閉合；當(dāng)工作面推進(jìn)到180 m時(shí)，位于工作面永久邊界位置的上覆巖層的裂隙發(fā)育到最充分。

3) 結(jié)合實(shí)驗(yàn)研究結(jié)果可知，不斷推進(jìn)的工作面其頂板的裂隙發(fā)育范圍：頂點(diǎn)在開采邊界，與水平方向夾角45°左右且位于采空區(qū)一側(cè)；對于永久邊界位置而言，工作面頂板裂隙發(fā)育范圍：頂點(diǎn)在開采邊界，與水平方向夾角60°左右。

4) 目前，高抽巷尚未達(dá)到設(shè)計(jì)中理想效果。表明高抽巷的整體高度仍然偏低，另外工作面推進(jìn)過程中，在采空區(qū)位置其高抽巷與工作面仍能導(dǎo)通風(fēng)流，最終使得高抽巷瓦斯?jié)舛绕?。結(jié)合上述分析，其接替工作面高抽巷布置時(shí)應(yīng)考慮進(jìn)一步增大內(nèi)錯(cuò)距離，內(nèi)錯(cuò)工作面30～50 m，高抽巷主要部分的高度增至50～60 m.

[1] 陳家祥.頂板抽放瓦斯的理論與實(shí)踐[J].煤礦安全,2002(3):3-4.

[2] 劉澤功.開采煤層頂板抽放瓦斯流場分析[J].礦業(yè)安全與環(huán)保,2000(3)：5-6.

[3] 許家林,孟廣石.應(yīng)用上覆巖層采動裂隙“O”形圈特征抽放采空區(qū)瓦斯[J].煤礦安全,1995(7)：2-4.

Study on Reasonable Position of High Extracted Roadway in Dongqu Coal Mine

GUO Tan

In the process of practical application of fully mechanized coal mining face, if the law of overburden movement in roof caused by mining were not fully considered, the actual effect of gas drainage would be not ideal. In this paper, by the similar material simulation testing, the position of the high pumping roadway in the Dongqu coal mine of Xishan Coal and Electricity Group is arraned reasonably, and the position of the high pumping roadway is optimized by the field industrial experiment, and the high pumping roadway Should be considered to further increase the interval distance to 30～50 m, high pumping height to 50～60 m in major part. So to achieve the purpose of effective gas drainage.

Gas; High extracted roadway; Reasonable position; Similar material simulation; Fissure zone

2016-08-17

郭 坦(1987—)，男，河南周口人，2010年畢業(yè)于河北工程大學(xué)，工程師，主要從事煤礦生產(chǎn)技術(shù)管理工作

(E-mail)276256606@qq.com

TD263.1

B

1672-0652(2016)10-0029-03