綜采工作面高位抽放巷的研究與應(yīng)用

周 宇 胡躍勇 陶孟德

（沈陽(yáng)焦煤股份有限公司紅陽(yáng)三礦，遼寧 遼陽(yáng) 111307）

紅陽(yáng)三礦西一718 采煤工作面最大采深-915.9 m，所采7 煤為復(fù)合煤層，上覆6 煤為3 層復(fù)合不可采煤層，與7 煤層間距平均為18.4 m。7 煤在回采過(guò)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(jù)礦井本采區(qū)已采相同煤層鄰近工作面實(shí)測(cè)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?jié)舛鹊闹饕獊?lái)源，因此控制6 煤釋放到工作面的瓦斯是關(guān)鍵。

1 工程概況

西一718 采煤工作面最大采深-915.9 m，運(yùn)回順落差10.3 m，所采煤層為復(fù)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(xì)砂巖，厚度7.6 m。上覆6 煤，3 層復(fù)合煤層，總計(jì)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?；卷敒?.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(xì)砂巖，其堅(jiān)固系數(shù)f=5～6。

該工作面煤層層理發(fā)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(zhǎng)壁后退式開(kāi)采， U 型通風(fēng)。工作面運(yùn)順側(cè)間距平均20 m 外有一落差5 m 的平行于運(yùn)順的斷層，間隔100 m 的煤柱外側(cè)為傾斜長(zhǎng)壁回采工作面采空區(qū)。

2 瓦斯來(lái)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(shí)測(cè)瓦斯相對(duì)涌出量3.15～3.66 m3/t，回采期間7 煤最大絕對(duì)瓦斯涌出量為9.52 m3/min。根據(jù)本區(qū)已采相同煤層鄰近工作面測(cè)算出，6 煤層最大絕對(duì)瓦斯涌出量為6～6.4 m3/min。涌入工作面的瓦斯量總計(jì)15.52～15.92 m3/min。7 煤為全采煤層，不留頂?shù)酌?，采空區(qū)無(wú)遺煤。從數(shù)據(jù)分析來(lái)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?jié)舛鹊闹饕獊?lái)源，因此控制6 煤釋放到工作面的瓦斯是關(guān)鍵。

3 高位抽放巷設(shè)計(jì)

回采工作面采后，會(huì)在采空區(qū)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(nèi)受采動(dòng)影響形成的裂隙對(duì)采空區(qū)內(nèi)的瓦斯進(jìn)行抽放，如圖1。

圖1 西一采區(qū)718 工作面高位抽放巷作用機(jī)理剖面圖（m）

高位巷最佳的位置是保證能夠?qū)Σ煽諈^(qū)瓦斯盡早進(jìn)行抽放，并且進(jìn)入采空區(qū)內(nèi)的抽放巷保證有效抽放作用時(shí)間，最佳的抽放效果是使采空區(qū)瓦斯不向或者少量向工作面涌出。正?；夭蛇^(guò)程中上隅角及回風(fēng)順槽不出現(xiàn)瓦斯超限?；谝陨显O(shè)計(jì)要求，高位巷布置在細(xì)砂巖中，斷面7.8 m2，水平方向置于回風(fēng)順槽內(nèi)側(cè)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(gè)回采推進(jìn)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(qū)718 工作面高位抽放巷布置平面圖

圖3 西一采區(qū)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(nèi)，保持在6 煤頂板上方，設(shè)計(jì)與6 煤間距保持在5 m 左右，且裂隙帶出現(xiàn)裂隙后較早和較長(zhǎng)時(shí)間發(fā)揮抽放作用。從開(kāi)采之初即讓高位巷起到抽放作用，因此抽放巷貫穿整個(gè)回采推進(jìn)塊段，距工作面切眼100 m 范圍內(nèi)層間距降到20 m，降低了與7 煤層間距，初采采空區(qū) “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(duì)6 煤抽放效果。

4 高位抽放巷的應(yīng)用對(duì)比分析

高位抽放巷在西一718 工作面實(shí)際應(yīng)用對(duì)比分析，見(jiàn)表1。

表1 西一718 工作面高位抽放巷在實(shí)際應(yīng)用對(duì)比分析表

工作面在老頂初次來(lái)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(shí)高位巷抽放率達(dá)到55%，且上隅角的瓦斯?jié)舛冗h(yuǎn)沒(méi)有達(dá)到超限值。通過(guò)分析對(duì)比發(fā)現(xiàn)高位巷初抽時(shí)期的層位關(guān)系選擇沒(méi)有達(dá)到理想狀態(tài)，還需調(diào)整；正?；夭蓵r(shí)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(qū)的瓦斯向工作面只有少量的涌出，對(duì)回風(fēng)順槽瓦斯?jié)舛扔绊懳⒑跗湮?。需要注意的是盡管上隅角瓦斯不超限，但是瓦斯?jié)舛戎荡笥谝簤褐Ъ芗荛g的瓦斯，高位巷與回風(fēng)順槽的水平距在今后還應(yīng)合理調(diào)整，力爭(zhēng)取消采空區(qū)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(yù)裂及吸能分析

當(dāng)煤巖體內(nèi)積聚能量達(dá)到一定程度釋放時(shí)，會(huì)迅速向四周煤巖體傳播，能量在傳播過(guò)程中沒(méi)有得到足夠的損耗，就可能發(fā)生沖擊地壓。減少?zèng)_擊地壓的發(fā)生主要從兩方面入手：一是防止較大能量的積聚和瞬時(shí)釋放；二是能量在釋放過(guò)程中得到足夠消耗或者轉(zhuǎn)移。

（1）采空區(qū)頂板預(yù)裂

西一718 工作面根據(jù)采空區(qū)頂板冒落“三帶”層位關(guān)系及頂板堅(jiān)硬程度分析，有兩層頂板可能形成沖擊地壓危險(xiǎn)，高位瓦斯抽放巷正好位于這兩層堅(jiān)硬頂板的中間位置，對(duì)其上下堅(jiān)硬頂板形成一個(gè)剪切面，水平方向的布置利用煤柱保護(hù)卸壓角理論計(jì)算可知，與煤柱相距30 m 是采動(dòng)應(yīng)力集中區(qū)。利用“胡克定律”判定可知，受采動(dòng)影響產(chǎn)生的集中應(yīng)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(jiān)硬頂板的屈服條件使其無(wú)法形成彈性變形，在力的作用下其形變?yōu)樗苄宰冃?，能夠加快采空區(qū)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(wú)法積聚。西一718 工作面回順側(cè)巷道在回采過(guò)程中基本沒(méi)有大于200 mm的變形，實(shí)際情況也證明了采空區(qū)老頂因?yàn)楦呶怀榉畔锛羟忻娴男纬杉皶r(shí)發(fā)生了斷裂，對(duì)距離高位抽放巷近側(cè)的工作面以外巷道沒(méi)有造成較大破壞，說(shuō)明采空區(qū)頂板沒(méi)有出現(xiàn)應(yīng)力集中。

（2）沖擊能量的吸收

微震能量發(fā)生時(shí)，能量在傳導(dǎo)過(guò)程中，將對(duì)高位抽放巷形成一次沖擊。根據(jù)能量守恒定律可知，力在經(jīng)過(guò)高位抽放巷時(shí)會(huì)對(duì)巷道圍巖及支護(hù)造成破壞，與此同時(shí)巷道的破壞變形也會(huì)對(duì)沖擊力有一個(gè)阻尼作用，能量會(huì)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(hù)了巷道的完好性，同時(shí)也就充分說(shuō)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(jiān)測(cè)及效果

西一718 工作面每10 組液壓支架安裝一臺(tái)壓力傳感器，觀測(cè)頂板壓力情況。通過(guò)每班一次的液壓支柱監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)分析，除初次來(lái)壓以外，工作面液壓支架無(wú)因采空區(qū)老頂來(lái)壓步距周期內(nèi)形成的壓力遞增現(xiàn)象，說(shuō)明采空區(qū)頂板破碎及時(shí)垮落，沒(méi)有因保護(hù)煤柱支撐梁的存在形成大面積懸頂，也就無(wú)法形成有規(guī)律的周期來(lái)壓。

在開(kāi)采過(guò)程中沒(méi)有發(fā)生一次1×105J 的能量事件，工作面附近僅發(fā)生3 次大于1×104J 能量事件，從實(shí)際效果來(lái)看高位抽放巷的使用對(duì)沖擊地壓能量事件的發(fā)生具有一定的緩解抑制作用。

6 結(jié)語(yǔ)

西一718 工作面采用高位瓦斯抽放巷治理瓦斯方案，通過(guò)設(shè)計(jì)合理的瓦斯治理巷層位，有針對(duì)性地提高了上煤層的瓦斯抽放效果，同時(shí)避免發(fā)生順槽打瓦斯抽放鉆孔與工作面回采平行作業(yè)。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(shí)高位巷抽放率達(dá)到55%，且上隅角的瓦斯?jié)舛冗h(yuǎn)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(wèn)題。同時(shí)，高位抽放巷的使用，能夠加快采空區(qū)老頂變形、斷裂，提前破壞了頂板完整性，降低老頂斷裂瞬時(shí)釋放能量，對(duì)沖擊地壓能量事件的發(fā)生具有一定的緩解抑制作用。