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首山一矿防突保护巷与被保护巷相对位置优化研究：基于瓦斯防治与工程效益视角

一、引言

1.1研究背景与意义

随着我国煤炭开采深度和强度的不断增加，煤层突出问题愈发严重，给矿井安全生产带来了巨大挑战。据统计，近年来我国煤矿瓦斯事故频发，其中煤与瓦斯突出事故占比较大，造成了严重的人员伤亡和财产损失。平宝公司首山一矿便是典型代表，其煤层平均埋深达750m，地质条件极为复杂，煤层突出情况严重。

由于该矿不具备开采保护层的条件，因此主要采用底板岩巷穿层抽采、爆破、注水等综合防突措施来掩护煤巷掘进。在这些措施中，保护巷（底抽巷）的合理布置对于保障被保护巷（煤巷）的安全掘进和工作面回采至关重要。保护巷与被保护巷的相对位置关系，直接影响着瓦斯抽采效果、防突效果以及巷道的稳定性和维护成本。若相对位置不合理，可能导致瓦斯抽采不充分，增加煤与瓦斯突出的风险；也可能使巷道围岩变形过大，增加支护难度和成本，甚至影响巷道的正常使用。

通过对首山一矿防突保护巷与被保护巷相对位置的深入研究，能够明确两者之间的最佳位置关系。这不仅有助于提高瓦斯抽采效率，降低瓦斯含量和压力，有效预防煤与瓦斯突出事故的发生，保障矿井的安全生产；还能减少钻孔工程量，降低开采成本，提高煤炭开采的经济效益。同时，研究成果对于其他类似地质条件的矿井在防突保护巷布置方面也具有重要的参考价值，可促进整个煤炭行业的安全、高效发展。

1.2国内外研究现状

在国外，对于突出煤层保护巷的研究主要集中在保护层开采的相关理论和技术方面。如LamaRD和BodzionyJ在《Managementofoutburstinundergroundcoalmines》中对保护层开采的原理、保护范围的确定以及在实际应用中的效果进行了详细阐述。他们通过大量的现场实践和数据分析，提出了一些确定保护范围的经验公式和方法，为保护层开采技术的推广应用提供了理论支持。在保护巷与被保护巷相对位置的研究上，国外学者主要从力学分析和数值模拟的角度出发，研究不同位置关系下巷道围岩的应力分布和变形规律，以及对瓦斯运移和抽采的影响。但由于不同矿区地质条件差异较大，这些研究成果在我国的应用存在一定的局限性。

国内在突出煤层保护巷的研究方面取得了丰硕的成果。众多学者采用相似材料模拟、数值模拟和现场考察等多种方法，对保护层开采后的理论分析、保护范围的确定以及保护巷与被保护巷的相对位置关系进行了深入研究。李洪生、李树清等在《煤层群保护层开采研究的现状与趋势》中，对保护层开采判别准则进行了梳理和分析，并结合保护层开采后的理论分析，分上保护层和下保护层两类，对相似材料模拟、数值模拟和现场考察来确定保护范围的研究现状进行了总结。在保护巷与被保护巷相对位置的研究中，国内学者结合具体矿井的地质条件，通过现场实测和数值模拟，分析了不同位置条件下底抽巷的防突效果、围岩变形规律以及锚杆索受力状态。黄春明在《突出矿井保护巷与被保护巷相对位置确定》中，针对不具备保护层开采条件的突出煤层，采用现场实测方法，分别研究了4种不同位置的保护巷在被保护巷掘进和工作面回采过程中，其围岩的变形规律以及锚杆索受力状态，并对比分析了不同位置条件下底抽巷的防突效果，提出了保护巷与被保护巷间合理的平距为5m，减少了钻孔工程量，提高了瓦斯抽采效果。然而，现有研究对于不同地质条件下保护巷与被保护巷相对位置的适应性研究还不够深入，针对首山一矿这种复杂地质条件的研究相对较少，需要进一步加强。

1.3研究内容与方法

本研究旨在确定首山一矿防突保护巷与被保护巷的合理相对位置，主要研究内容包括以下几个方面：首先，深入分析首山一矿的地质条件，包括煤层赋存状况、瓦斯含量与压力分布、地质构造特征等，这些因素对保护巷与被保护巷的相对位置选择有着重要影响。其次，对不同相对位置方案进行对比分析，基于底抽巷层位确定的条件，在多个工作面尝试底抽巷与被保护煤巷0m(中到中)、5m(中到中)、20m(中到中)和30m(中到中)等多个方案，从理论计算、数值模拟、现场观测等多维度进行研究，综合分析各方案的瓦斯抽采指标、防突效果以及巷道稳定性等情况。最后，依据综合分析结果，确定适合首山一矿的保护巷与被保护巷的最佳相对位置，并提出相应的工程应用建议。

为实现上述研究内容，本研究采用多种研究方法相结合。在理论计算方面，运用相关的瓦斯渗流理论、岩石力学理论等，对不同相对位置下瓦斯在煤层中的运移规律、巷道围岩的应力分布和变形情况进行理论推导和计算分析，为后续研究提供理论基础。数值模拟则借助专业的数值模拟软件，如FLAC3D等，建立首山一矿的地质模型和开采模型，模拟不同相对位置方案下的开采过程，直观地分析瓦斯抽采效果、巷道围岩的变形和破坏特征以及应力变化规律，通过对模拟结果的对