白愛卿，任志保

(1.華晉焦煤有限責(zé)任公司 沙曲一號(hào)煤礦， 山西 柳林 033300； 2.華晉焦煤有限責(zé)任公司， 山西 呂梁 033300)

隨著我國(guó)煤炭開采力度的不斷加大，埋深較淺的煤炭資源逐漸減少甚至部分出現(xiàn)枯竭，越來越多的礦井面臨著深部開采的難題[1]，如煤層地應(yīng)增大，瓦斯壓力、瓦斯含量不斷增加，煤層瓦斯災(zāi)害發(fā)生的復(fù)雜性及危險(xiǎn)性程度也明顯增加。近些年來，隨著我國(guó)無煤柱、煤與瓦斯共采技術(shù)的不斷完善，通過采用首采層卸壓開采可實(shí)現(xiàn)對(duì)本煤層及鄰近層煤層瓦斯的抽采，實(shí)現(xiàn)煤與瓦斯的共采[2]，有效緩解深部煤炭資源開采所面臨的問題。

實(shí)現(xiàn)煤與瓦斯共采，其技術(shù)難點(diǎn)集中在瓦斯的高效抽采。對(duì)于我國(guó)大多數(shù)高瓦斯煤礦，從治理瓦斯所布置的巷道數(shù)量來看，大致分為一個(gè)高瓦斯工作面同時(shí)布置3條瓦斯治理巷道[3，4]、4條瓦斯治理巷道[5，6]、5條瓦斯治理巷道[7，8]甚至6條瓦斯治理巷道[9，10]. 但是受深部開采條件的影響，采動(dòng)應(yīng)力影響范圍、影響程度及影響時(shí)間都將遠(yuǎn)大于淺部開采條件[11]，使得巷道的掘進(jìn)和維護(hù)成本都將增加，而且還易成為威脅礦井安全的一大隱患。因此，從礦井安全生產(chǎn)及經(jīng)濟(jì)效益方面來說，礦井瓦斯治理巷道布置數(shù)量越少越好。

以沙曲煤礦工作面存在的瓦斯和水同時(shí)涌出的復(fù)合型問題為背景，為了實(shí)現(xiàn)對(duì)煤層瓦斯和涌水的綜合治理，解決采掘工作中煤與瓦斯突出、瓦斯超限、防治水和疏排水的問題，提出了底抽巷的“一巷多用”治理模式，通過在二采區(qū)煤層底板巖層中布置一條底抽巷，解決上覆煤層的瓦斯預(yù)抽、區(qū)域性治理太灰水、采空區(qū)積水等問題，發(fā)揮底抽巷“一巷多用”的治理功能，保證礦井的安全高效開采。

1 2號(hào)底抽巷概況

沙曲煤礦隸屬于華晉焦煤有限責(zé)任公司，生產(chǎn)能力300萬(wàn)t/a，后改擴(kuò)建為沙曲一號(hào)煤礦(500萬(wàn)t/a)和沙曲二號(hào)煤礦(300萬(wàn)t/a). 礦井在2014年5月被鑒定為煤與瓦斯突出礦井。礦井以兩個(gè)水平開拓全井田，一水平開拓山西組2#、3#、4#、5#煤，水平標(biāo)高+400 m，二水平開拓太原組6#、8#、9#、10#煤。礦井目前生產(chǎn)水平為+400 m,礦井屬帶壓開采礦井，水文地質(zhì)類型屬中等。

根據(jù)沙曲煤礦上組煤煤系地層實(shí)際賦存情況，經(jīng)反復(fù)研究論證，設(shè)計(jì)確定在主采5#煤層下部L5灰?guī)r底板布置2號(hào)底抽巷。2號(hào)底抽巷為半煤巖巷道，設(shè)計(jì)長(zhǎng)度1 479 m，巷道設(shè)計(jì)斷面不低于10 m2，保護(hù)煤柱以外長(zhǎng)度1 200 m. 設(shè)計(jì)定向鉆孔320個(gè)，單孔深度500 m，進(jìn)尺160 000 m. 巷道規(guī)劃d450 mm瓦斯抽放管路一趟，長(zhǎng)度1 479 m；d320 mm瓦斯抽放管路一趟，長(zhǎng)度1 479 m；排水管路2趟，2 958 m，2號(hào)底抽巷示意圖見圖1.

圖1 2號(hào)底抽巷示意圖

2 2號(hào)底抽巷鉆孔布置概況

在巷道左右?guī)兔扛?5～20 m交替施工一個(gè)邁步式鉆場(chǎng)，利用孔口回轉(zhuǎn)式鉆機(jī)和孔底定向鉆機(jī)在鉆場(chǎng)內(nèi)布置上向扇形鉆孔，先后對(duì)5#、3+4#煤層施工前部穿層后部順層的定向鉆孔，對(duì)上部采掘區(qū)域提前進(jìn)行煤層瓦斯預(yù)抽，釋放煤層瓦斯壓力，消除煤與瓦斯突出危險(xiǎn)，解決回采期間的瓦斯問題，待預(yù)抽達(dá)標(biāo)后方可進(jìn)行采掘活動(dòng)。另外，當(dāng)3#煤層保護(hù)層工作面回采時(shí)，施工的穿層鉆孔可對(duì)4#和5#煤層的卸壓瓦斯進(jìn)行抽采，保證4#和5#煤層工作面回采期間的安全。底抽巷定向穿層鉆孔剖面示意圖見圖2.

圖2 底抽巷定向穿層鉆孔剖面示意圖

工作面回采完成后形成的采空區(qū)會(huì)有一定量的積水，底抽巷是位于保護(hù)層和被保護(hù)層工作面下方的一條巖石巷道，其層位明顯低于采空區(qū)，可利用底抽巷的位置優(yōu)勢(shì)，提前對(duì)采空區(qū)積水進(jìn)行疏排，疏排完成后被保護(hù)層工作面掘進(jìn)時(shí)則可以不進(jìn)行探放采空區(qū)積水作業(yè)。在已施工鉆孔(圖2)基礎(chǔ)上，進(jìn)行二次施工形成疏水鉆孔,見圖3.

圖3 定向順層鉆孔疏放煤層采空區(qū)積水示意圖

3 底抽巷“一巷多用”及效果分析

3.1 掩護(hù)巷道掘進(jìn)

沙曲煤礦14301工作面軌道巷掘進(jìn)前，利用其底抽巷向煤巷掘進(jìn)范圍內(nèi)提前施工穿層鉆孔進(jìn)行預(yù)抽，穿層鉆孔控制在巷道輪廓線兩側(cè)外各15 m，利用穿層鉆孔對(duì)上部待掘巷道煤層瓦斯進(jìn)行區(qū)域預(yù)抽消突，達(dá)到掩護(hù)煤巷安全掘進(jìn)的目的，底抽巷穿層鉆孔預(yù)抽14301工作面軌道巷示意圖見圖4.

圖4 底抽巷穿層鉆孔預(yù)抽14301工作面軌道巷示意圖

3.2 抽采主采煤層瓦斯

在底抽巷利用千米定向鉆機(jī)對(duì)上部工作面回采區(qū)域施工穿層定向區(qū)域預(yù)抽鉆孔，對(duì)回采工作面本煤層瓦斯進(jìn)行預(yù)抽消突和治理瓦斯。鉆孔采用千米定向鉆機(jī)施工，開孔先穿過底抽巷頂板上部L5灰?guī)r見目標(biāo)5#、3+4#煤層后，沿目標(biāo)煤層走向和設(shè)計(jì)目標(biāo)方位軌跡定向施鉆至設(shè)計(jì)孔深的方式施工，鉆孔單孔設(shè)計(jì)深度450～500 m，穿層定向孔從開孔到見目標(biāo)煤層之間的鉆進(jìn)穿巖段，留下的空白區(qū)域,采用定向鉆機(jī)沿傾向在巷道頂板補(bǔ)充布置條帶式穿層定向鉆孔，消除沿走向布置鉆孔鉆進(jìn)穿巖段未預(yù)抽煤層空白帶，最終完成整個(gè)區(qū)域的抽采覆蓋，定向長(zhǎng)鉆孔順層抽采瓦斯平面圖見圖5.

圖5 定向長(zhǎng)鉆孔順層抽采瓦斯平面圖

3.3 保護(hù)層開采時(shí)抽采卸壓瓦斯

沙曲煤礦屬于近距離突出煤層群，其特點(diǎn)是一層開采多層卸壓、首采煤層開采后鄰近層透氣性顯著增大，利用底抽巷穿層鉆孔實(shí)現(xiàn)卸壓抽采，可以攔截鄰近層瓦斯向上部開采煤層采空區(qū)涌入，見圖6.

圖6 底抽巷卸壓帶瓦斯抽采示意圖

3.4 治理太灰水

沙曲煤礦主采上組2#煤、3+4#煤、5#煤和下組6#煤、8(8+9、8+9+10)#煤，太灰水靜水位平均標(biāo)高為+780 m，4號(hào)煤底板最大標(biāo)高為610 m，均位于太灰水平均標(biāo)高之下。該礦為全井田帶壓開采，太灰水雖然承壓，但是富水性弱-極弱，其單獨(dú)產(chǎn)生災(zāi)害傾向性可以忽略，但由于其局部發(fā)育不均勻，當(dāng)忽略的災(zāi)害因素(太灰水)一旦和另一個(gè)因素(煤層瓦斯)結(jié)合，危害程度就會(huì)無限放大。礦井上組煤層在采掘活動(dòng)中曾發(fā)生過太灰底板涌水伴隨引起的瓦斯超限事故。

因此，在底抽巷采用“一巷多用”(構(gòu)造和瓦斯)的形式，可以超前探明可能導(dǎo)水(瓦斯)構(gòu)造情況、釋放瓦斯壓力后掘進(jìn)巷道涌水涌瓦斯的幾率和危害程度的變化。通過井下鉆探和物探查明試驗(yàn)區(qū)主要導(dǎo)水(瓦斯)構(gòu)造情況的分布情況，可以對(duì)重點(diǎn)區(qū)域太灰水和瓦斯進(jìn)行針對(duì)性治理(疏水、卸壓瓦斯)，并獲得太灰水及混合瓦斯涌出的機(jī)理模型，在此基礎(chǔ)上確定有效的太灰水安全防治技術(shù)措施。采取太灰水安全防治技術(shù)措施后，治理區(qū)域內(nèi)太灰水混合瓦斯涌出事故幾率可降低到可控狀態(tài)，甚至杜絕。

3.5 疏放采空區(qū)積水

礦井在上部煤層采掘前，可以在底抽巷施工探放水鉆孔對(duì)采空區(qū)積水進(jìn)行疏放。同時(shí)上部工作面遇低洼積水處，可在底抽巷設(shè)計(jì)施工疏放水鉆孔，利用鉆孔疏水至底抽巷,并將底抽巷作為臨時(shí)水倉(cāng)進(jìn)行集中排水，這樣既便于積水快速排除，同時(shí)不影響上部采掘活動(dòng)。

3.6 集中排矸

待上部所有采掘活動(dòng)完成，底抽巷趨于廢棄巷道時(shí)，可將開掘矸石填充于廢棄底抽巷空間內(nèi),可大幅減少井下到地面的提矸量，降低地面矸山治理工程量，起到節(jié)能減排、降低成本的效果。

4 結(jié) 論

1) 沙曲煤礦底抽巷在前期作為區(qū)域預(yù)抽瓦斯治理工程，進(jìn)行打鉆消突；采中底抽巷施工的鉆孔發(fā)揮卸壓攔截抽采作用，同時(shí)底抽巷作為采煤工作面回風(fēng)巷；采后底抽巷施工鉆孔進(jìn)行采空區(qū)瓦斯抽采。

2) 工作面采掘前后和采掘期間，底抽巷可以用于治理太灰水及疏放采空區(qū)積水，防止工作面涌水與煤層瓦斯發(fā)生共害的隱患，且其后期作為排矸陣地，實(shí)現(xiàn)了底抽巷“一巷多用”的功能。