1、21170 工作面掘进防治冲击地压专项设计1常村煤矿21170工作面掘进防治冲击地压专项设计河南大有能源股份有限公司常村煤矿2015年1月25日21170 工作面掘进防治冲击地压专项设计11、概况 .11.1 工作面位置、四邻关系情况 .11.2 煤层赋存情况 .21.3 煤层顶底板岩层结构特征 .21.4 水文地质情况 .41.5 地质构造 .41.6 21150 工作面地表沉陷情况 .41.7 煤岩样冲击倾向性鉴定 .42、21150 工作面回采期间冲击地压事件简介 .52.1 微震事件记录 .52.2 综合分析 .62.3 防治指导 .63、冲击危险性评价 .74、冲击危险区域划分 .7
2、5、综合防治冲击地压设计 .95.1 健全机构 .95.2 安全培训 .95.3 监测预警 .95.3.1 微震监测 .95.3.2 应力监测 .105.3.3 煤粉监测 .115.3.4 监测预警响应与处置 .125.4 防治措施 .125.4.1 卸压钻孔 .125.4.2 煤层注水 .145.4.3 断底爆破 .165.4.4 21170 掘进防冲工程量 .175.5 解危措施及效果检验 .175.6 安全防护 .175.6.1 加强支护 .175.6.2 系统防护 .215.6.3 个体防护 .215.6.4 物料捆绑 .215.6.5 安全管理方面 .2221170 工作面掘进防治冲
3、击地压专项设计11、概况1.1 工作面位置、四邻关系情况21170 工作面对应地表位于陈家门以东，地表形态较平坦，总体为西高东低。本工作面位于 21 采区三条下山东翼，自上而下第九个工作面，西侧为 21采区三条下山煤柱，东侧为 F16 断层煤柱，工作面上部为已回采的 21150 工作面，下部为未设计的 21190 工作面。21170 工作面设计为综采放顶煤工作面，开 932m，下巷走向长 931m，工作面斜长 230m。可采走向长度 759m，可采储量 252 万吨。21170 上下巷外段布置在 21 延深煤柱工作面采空区下。上巷自 21170 运煤联络巷开口掘进，与 21150 下巷留 8m
4、 净煤柱布置，长度 932m，以方位 125，沿 2-3 煤底板掘进(留底煤 1.5m)；下巷自 21 延深辅助轨道下山开口，长度931m，以方位 125，沿 2-3 煤底板掘进(留底煤 1.5m)。（附图 1：21170 工作面巷道布置平面示意图）21170 工作面掘进防治冲击地压专项设计1图 1 21170 工作面巷道布置平面示意图21延 深 上 部 煤 仓 217、210上 巷210下 巷 21、21、2150工 作 面 采 空 区-190210回 风 集 中 巷58m210上 巷218 130永 久 泵 坑21、-154.908 -162.80321、-16.274-16.259注 水
5、 硐 室注 水 硐 室临 时 避 难 硐 室临 时 避 难 硐 室2170运煤联络巷 2170回 风 巷 2170掘 进 工 作 面1 2170下 巷2170上 巷切眼F-16下 135m2170、F16、35mDF1 80 70 H=5-10m560m21170 工作面掘进防治冲击地压专项设计21.2 煤层赋存情况本工作面所采煤层为侏罗系中统下段义马组 23 煤，为黑色长焰煤，上半部为半亮型块状硬质煤，煤岩成分以亮煤为主，煤质较好；下半部为半暗型块状硬质煤，煤岩成分以暗煤为主，含夹矸较多，煤层结构复杂，全煤共含夹矸58 层，单层厚度多为 0.050.15m。煤层走向 105125，倾向 SW
6、，倾角815。1.3 煤层顶底板岩层结构特征顶底板名称 岩石名称 厚度（m） 岩 性 特 征老顶 泥岩 36.044.5 深灰色、致密、局部夹粉砂岩，发育隐水平层理。直接顶 细砂岩、泥岩 1.08.0 砂岩含水，下部疏松易垮，上部致密坚硬，不易垮落。伪顶 细砂岩、泥岩 0.051.1泥质胶结，疏松易垮，含水，其上多夹一层厚 0.050.2m 煤线，底部不平。直接底 炭质泥岩 0.55.7 灰黑色、块状，含碳质成分高，遇水易膨胀。老底 细砂岩、砾岩 22.227.8 砂岩致密，泥质胶结，砾岩坚硬，主要以石英岩为主。21170 工作面掘进防治冲击地压专项设计3（附图 2：煤系地层综合柱状图）2-3
7、、 、,、J1567、 、 89 、,、 1-2、 、 、m、 10、 、 、 、 、- 、 、 1-、:、0.6m.0 12 、3 、124、,、3-5cm13、FeS2、21170 工作面掘进防治冲击地压专项设计41.4 水文地质情况本工作面水文地质条件中等，对应地表无威胁水源。上部 21150 工作面采空区中预计有约 6.5 万 m3积水，且一直接受顶板砂砾岩水的补给。在 21170 工作面上巷掘进中，设计多个探水钻孔对该采空区积水进行探放；上巷根据现场实际情况，对 21150 工作面采空区下巷泵坑少量积水进行疏放。在掘进过程中，生产区队要及时完善排水系统，保证排水能力。1.5 地质构造
8、本工作面所掘范围里地质构造复杂，下巷掘进过程中会受到 DF1 正断层、F16 逆断层影响，断层具体参数如下：DF1 正断层：走向 EW、倾向 180、倾角 75，落差 5-10m，延展长度800m。此条断层在三维地震勘探时显示，在我矿-280m 回风巷开拓时揭露，落差为 8.5m。预计在 21170 下巷掘进时会有所影响。F16 逆断层：走向近东西，倾向 160-170，倾角一般 15-35。该断层断距大，落差 50-450m，水平错距 120-1080m。该断层为一区域性逆冲断层，发育于井田东南部，井田内延展长度大于 5000m，自东向西水平断距和落差有逐渐增大趋势，在剖面上与一组 45-6
9、0的派生逆断层构成“入”字型构造，断裂面在剖面或平面上皆表现出显著的波状起伏。1.6 21150 工作面地表沉陷情况21150 工作面对应地表由于采动塌陷、回填复垦，现地表裂缝不明显。根据 21150 工作面岩移观测结果推断：21170 工作面的最大下沉量约为 600mm。1.7 煤岩样冲击倾向性鉴定根据中国矿业大学所做常村煤矿煤岩样冲击倾向性鉴定 （采样地点为21132 工作面） ，煤层煤样的动态破坏时间为 79.9ms，冲击能量指数为 3.25，弹性能指数为 9.88，煤层上覆砂岩岩样的弯曲能指数 UWQ 为 1.983kJ。鉴定结果21170 工作面掘进防治冲击地压专项设计5煤层为弱冲击
10、倾向性，顶板岩样为无冲击倾向。2、21150 工作面回采期间冲击地压事件简介21170 上部为 21150 工作面，该工作面于 2012 年 11 月开始回采，2014 年10 月回采完毕。在回采过程中，基于 SOS 微震监测统计，21150 回采过程中共发生 105J 微震事件 213 次，未发生 106J 微震事件。2.1 冲击地压事件记录序号 时间 震源（SOS） 现场描述12013 年 1月 19 日 4点班19：4721150 下巷距停采线以里 737 米，距现切眼 128 米。能量为7.44E05J下巷均有震感，扬起大量煤尘，能见度低；造成下巷液压抬棚不同程度推磨，卸载降柱，推倒；
11、点杆推磨，弯曲。22013 年 3月 10 号 8点班 09:0021150 下巷停采线往里 409 米，距现切眼 374 米.能量为1.51E05J。下巷有震感，扬起大量煤尘，能见度降低，煤尘持续 5 分钟左右，上帮有少量浮煤。煤炮造成下巷停采线以里 310-480 米（441-687 棚）段部分巷中 17 根点杆推磨（10-25cm） ，3 组液压抬棚推磨（10-20cm） ，8 个皮带托辊掉，局部顶板下沉（10cm)。32013 年 3月 14 日 0点班02：3921150 下巷停采线以里 329 米，距现切眼 354 米能量 1.97E05J下巷均有震感，扬起大量煤尘，能见度降低，煤
12、尘持续 3 分钟左右，巷道上帮有少量浮煤。造成下巷（552-597 棚）巷道部分点杆推磨。42013 年 3月 30 日 0点班04：2021150 下巷停采线以里 770 米，距现切眼 3 米，能量 6.70E05J下巷全巷道有震感，地鼔不明显。下巷 400-630 米巷道个别点杆、液压抬棚移动。 52013 年 6月 18 日 8点班09：3421150 下巷停采线以里 454 米，距现切眼 208 米，能量 1.6E05J下巷全巷道有震感，距切眼 100 米至 150 米处 2 架液压抬棚向上帮滑移（3-8cm） ，711 棚-691 棚处底鼓。62013 年 7月 6 日 8点班 10
13、:0921150 距停采线以里 517 米，距现切眼 97 米，能量 4.85E05J 下巷全巷道有震感，下巷转载机以外 110 米范围内 3 架液压抬棚有 30cm-50cm 的向上滑移量；转载机前有 5 棚工字钢棚梁弯曲变形。转载机前工字钢棚段有 5 米范围内顶板下沉约 20cm。7 2013 年 7月 24 日 0 21150 下巷距停采线以里 411 米， 下巷全巷道有震感，地鼔不明显。工作面前方 60-130 米上帮 U 型钢梁腿有不同程度的收缩，21170 工作面掘进防治冲击地压专项设计6点班 00:53 距现切眼 175 米，能量 6.59E05J最大收缩量 30cm。下巷 21
14、1 架皮带架处有 1 架液压抬棚推磨，向上帮滑移 30cm。82013 年 8月 19 日 8点班14：0121150 下巷停采线以里 271 米，距现切眼 277 米，能量1.33E05J。下巷全巷道有震感，地鼔不明显。386 棚-402 棚段皮带上面的煤（当时皮带在运煤）震动散落到上帮轨道上。399 棚、405 棚有 2 个开关震歪倒。92013 年 9月 2 日 8点班15：0221150 下巷停采线以里 387米，距现切眼156 米，能量6.89E05J。下巷全巷道有震感，工作面前方 70-130m 范围液压抬棚向上帮滑移 6 架，最大滑移量 5cm。液压抬棚 190 架处 U 型钢棚
15、梁断裂下沉。102013 年 10月 27 日 8点班11：4521150 下巷距停采线以里 270 米，距现切眼 174 米，能量3.0E05J。 下巷全巷道有震感，巷道下帮有底鼔，底鼓量最大 0.3 米，皮带架影响下帮排水管；下巷工作面前方未扩修段液压抬棚向上帮滑移 4 架，滑移量为 10-20cm；现场有 1 辆矿车崩歪。112013 年 12月 07 日 16点 42 分21150 下巷距停采线以里 277 米，距现切眼 110 米，能量 2.76E05J下巷现替换棚前第 4 棚（506 棚 U 型棚上帮）棚腿断裂， （504 棚下帮为泵窝）122014 年 2月 2 日 21点 21
16、 分21150 工作面下巷距停采线以里227 米，距现切眼 65 米，能量为1.21E05J下巷扬起大量煤尘，下巷324、302、298、294 棚处液压抬棚下帮向下帮滑移 1015cm，其他无破坏。2.2 综合分析1、基于现场矿压观测。上巷在掘进和回采过程中，矿压显现较下巷小且支护状况良好，表明下巷实煤体压力大。2、基于 SOS 微震监测。该工作面发生的微震事件多集中于下巷，尤其是大能量事件也集中发生在下巷超前应力段和煤柱段，表明下巷位于实煤体中应力相对集中。3、基于生产作业现场观测。工作面在采煤机割煤期间或者下巷扩修期间以及在下巷实施解危措施（卸压爆破）后，容易发生煤炮，表明下巷实煤体中聚
17、集大量的弹性能，外来扰动会加剧煤体应力集中，爆破诱发导致能量集中释放，尤其在局部高应力区域发生冲击危险性增大。 21170 工作面掘进防治冲击地压专项设计72.3 防治指导1）21170 工作面下巷为防治冲击地压的重点区域，冲击危险性比较高。2）结合防冲区域准备巷道施工和管理的经验，距巷道正头 150m 范围为应力集中区域，特别是特殊区域（如煤柱、构造带等）要重点监控、超前防范。3)综掘机掘进施工过程中，对煤体扰动较大，会大大加剧下巷煤体应力集中度，必须重点监测，严格执行主被动解危措施，加强安全防护。3.冲击危险性评价根据冲击地压发生的可能性指数诊断法、冲击倾向评价法、经验类比法及综合指数法等分别对 21170 工作面冲击地压危险程度进行评价，经综合分析，得出如下结论：（1）21170 工作面存在冲击危险性。（2）21170 上巷为沿空掘巷，布置在减压区内，应力集中度相对较弱，属中等冲击危险区域。（3）21170 下巷实煤体和切眼均布置在实体煤中，受采深和煤柱以及扰动影响，属于强冲击危险区域。4.周边开采位置及其影响范围21170 工作面西侧为 21 延伸煤柱仰采工作面采空区，东侧为 F16 断层煤柱，上部为 21150 工作面回采空，下部为实煤体。根据工作面四邻关系预测了 4 个应力集中影响范围区域，如图所示。
