顶板瓦斯高抽巷采动变形机理及优化布置研究

顶板瓦斯高抽巷是特殊的顶板巷道,在我国阳泉矿区已得到广泛应用,它是解决高瓦斯煤层群条件下综放面邻近层卸压瓦斯抽采的有效途径。阳泉矿区综采面主采15号煤层,邻近层瓦斯涌出量占综放面瓦斯涌出量的90%以上,工作面瓦斯涌出是以邻近层瓦斯为主,开采层瓦斯涌出所占比重较小。因此,顶板瓦斯高抽巷的抽采状况直接关系到矿井的安全高效生产。 目前,顶板瓦斯高抽巷的设计和支护主要依靠现场经验,一旦投入使用后工作人员便无法进入。由于下方工作面的采动影响,处于采动裂隙带内的高抽巷必然要发生变形破坏,高抽巷的变形破坏情况直接影响到邻近层瓦斯抽采,制约了高瓦斯矿井的安全高效生产。目前国内学者对高抽巷的采动变形过程缺乏系统研究,对高抽巷的最佳布设位置缺乏深入研究,这制约了高抽巷的使用效果。 本文通过数值模拟与理论分析,得出以下结论: 1)底鼓是顶板瓦斯高抽巷典型的破坏特征。高抽巷位于采空区后方80m时,断面严重收缩,高抽巷位于采空区后方140m时,断面基本闭合。 2)高抽巷底鼓过程分三个阶段:(a)缓慢底鼓阶段。高抽巷位于采空区40m前,底鼓量较小;(b)剧烈底鼓阶段。高抽巷位于采空区40～80m后,高抽巷底鼓量显著增加;(c)底鼓闭合阶段。高抽巷位于采空区80m后,底鼓缓慢增加直至巷道基本闭合。 3)采动过程中,高抽巷两帮和底板的水平应力显著增加,而顶板水平应力明显降低。高抽巷变形破坏的力学分析表明,采动过程中高抽巷两帮和底板的水平应力持续增加,导致高抽巷底板离层,强度降低,从而发生底鼓破坏。 4)在距煤层60m、70m、85m层位上,高抽巷最佳布设位置分别距回风巷40～60m、40～70m、60～90m。 本研究成果将对高瓦斯矿区顶板高抽巷的合理布置提供科学依据,实现矿井的煤与瓦斯安全高效共采。