榮紅巖

摘要：結(jié)合古漢山礦煤層和瓦斯分布特點(diǎn)，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(yàn)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(jià)

1 項(xiàng)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?yàn)楸睎|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(xiǎn)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(jiān)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(cuò)布置，內(nèi)錯(cuò)煤巷距離在10m以內(nèi)。由于底抽巷要為下一個(gè)工作面回采巷道服務(wù)，服務(wù)周期長，內(nèi)錯(cuò)布置時(shí)，底抽巷兩幫應(yīng)力集中程度較低，與外錯(cuò)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(cuò)布置底抽巷雖然經(jīng)過一次采動(dòng)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(cuò)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(shí)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(diǎn)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：

■

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(shí)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(shí)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(shí)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(shí)現(xiàn)了底抽巷最大價(jià)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(shí)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(jià)

4.1 區(qū)域防突措施設(shè)計(jì)。結(jié)合本礦井煤層賦存、瓦斯和巷道布置特點(diǎn)，原始應(yīng)力煤層瓦斯采用底抽巷中實(shí)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。現(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(shí)間在不小于半年時(shí)極限抽采影響半徑為3.22m，因整個(gè)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(jì)。設(shè)計(jì)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(jì)分為三段：統(tǒng)尺0-480m為AB段，每組17個(gè)鉆孔，分兩列布置，奇數(shù)列9個(gè)，偶數(shù)列8個(gè);統(tǒng)尺481-720m為BC段，每組16個(gè)鉆孔，分兩列布置，每列8個(gè);統(tǒng)尺721-1020m為CD段，每組16個(gè)鉆孔，分兩列布置，每列8個(gè);每組鉆孔組間距均為6m，列間距3m。

4.1.3鉆孔工程量計(jì)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(jì)算需要的煤段鉆孔工程量為26710m，設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)結(jié)合工作面的實(shí)際情況合理布置鉆孔。

根據(jù)鉆孔布置方式，計(jì)算1602底抽巷抽采鉆孔2947個(gè)，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(shí)運(yùn)轉(zhuǎn)，日進(jìn)330m（22m/班/鉆），月進(jìn)9900m，預(yù)計(jì)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(jì)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(diǎn)，管路內(nèi)抽采瓦斯?jié)舛劝?5%預(yù)計(jì)，則混合流量按以下公式計(jì)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(jì)瓦斯抽采鉆孔2947個(gè)，設(shè)計(jì)煤段孔深29884m，鉆孔瓦斯流量0.05m3/min·hm，計(jì)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。

■

圖1 ?抽采管路鋪設(shè)及鉆孔布置示意圖

4.1.6 抽采計(jì)量。1602底抽巷配備有瓦斯抽采監(jiān)控系統(tǒng)實(shí)時(shí)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(jì)量點(diǎn)，實(shí)施在線監(jiān)測和標(biāo)準(zhǔn)孔板雙計(jì)量，安裝孔板地點(diǎn)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(jì)

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(jiān)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(yàn)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(shí)驗(yàn)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(shí)際條件，確定了水力沖孔的成熟的配套技術(shù)措施，實(shí)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(shí)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(shí)通風(fēng)系統(tǒng)改造，使16采區(qū)形成“一進(jìn)二回”臨時(shí)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(gè)有掘進(jìn)工作面作業(yè)的局面，實(shí)現(xiàn)了多條底抽巷同時(shí)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(shí)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(shí)現(xiàn)良性發(fā)展打下了堅(jiān)實(shí)基礎(chǔ)。

4.4 運(yùn)輸系統(tǒng)改造。通過16采區(qū)設(shè)計(jì)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(shí)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(jì)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(yàn)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(dòng)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(jì)、施工提供了參考依據(jù)，拓寬了思路。

參考文獻(xiàn)：

[1]趙社會(huì).底板巖巷穿層抽采技術(shù)試驗(yàn)研究[J].中州煤炭，2010（09）.

[2]王衛(wèi)峰，秦法秋，吳明森，秦俊賓.底板巖巷鉆孔預(yù)抽瓦斯在掘進(jìn)煤巷中的應(yīng)用[J].煤炭科技，2009（04）.

[3]滑俊杰，張明杰，華敬濤.底抽巷預(yù)抽煤層條帶區(qū)域防突技術(shù)研究與應(yīng)用[J].煤礦現(xiàn)代化，2011（01）.