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21220冲击危险性评价12页
21220工作面掘进冲击地压危险性
评价报告
1、概述
1.1工作面位置、四邻关系情况
21220工作面对应地表位于杨大池以北，陈家门西南，钱家沟以西，地表为东低西高的缓坡。
本工作面位于21盘区三条下山西翼，从上而下第十个工作面，上部为已采毕的21200工作面，下部为未开掘的21240工作面，西部与跃进井田相邻（对应跃进煤矿已采毕的23050工作面及正在回采的23070工作面，最小煤柱间距为102m）。
21220上巷自21200反风巷开口掘进，外错21200下巷8m布置，长度924m，方位307°，沿2-3煤底板掘进；21220下巷自21延深中部车场开口，长度901m,方位307°，沿2-3煤底板掘进。
工作面可采长度为739m，倾斜长265m，平均煤厚7.9m，可采储量202万吨，工作面对应地面标高+519～+586m，工作面标高-191.622～-254.484m，工作面最大采深达815m（根据井上下对照图进行计算）。
（附图1：
21220准备工作面巷道布置平面示意图）
1.2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2—3煤，煤层上半部以半亮型块状硬质煤为主，煤质较好。
下半部以半暗型煤为主，夹矸多煤质较差。
工作面煤层从煤轨向西至设计切眼，厚度逐渐变薄，且煤层中夹矸增多。
煤层结构复杂，全煤含矸3～8层。
单层厚0.03～0.8m。
煤层产状：
走向105～135°，倾向SW,倾角：
9～15°，一般11.5°。
图121220工作面巷道布置平面示意图
1.3煤层顶底板岩层结构特征
伪顶为泥岩，厚度0.05～0.2m，灰黑色，含碳量高，具滑面，极易冒落；直接顶为泥岩，厚度1.0～4.9m，灰—深灰色泥岩、疏松易冒落；老顶为泥岩，厚度31.5～32.6m，深灰色—灰黑色，致密，块状构造，含植物化石；直接底为炭质泥岩，厚度4.0～7.9m，灰黑色，具滑面，局部夹多层薄煤线，松软，遇水易膨胀；泥岩老顶之上为一组煤，厚度8.61m左右，其中1—2煤厚0.1～0.8m，黑色，半暗型，块状构造；1—1煤厚0～1.64m，黑色，半亮型，以亮煤为主；一组煤顶板为泥砂岩互层厚5.58～8.66m，深灰色，致密，断口平整，发育隐水平层理，砂岩：
灰色，含粘土质，夹细砂岩条带状裂纹，显示波状及浑浊状层理；一组煤之上为侏罗系中统上段和侏罗系上统巨厚砾岩层厚680.2～708.7m，砾石成份较杂，以灰色、浅灰色、紫灰色石英砂岩、石英岩为主，含火成岩、石灰岩砾石。
砾径大小不均，小者仅数毫米，一般在3～10cm之间，最大可达27cm，磨圆度为次圆、次棱角状，砖红色砂泥质胶结物；侏罗系之上直接被第四系松散沉积层覆盖，厚12.8～18.5m,为土黄色、棕红色粘土、砂质粘土、多含砂姜，底部通常为粘土质砂姜和砾石；老底为泥岩、细—中砂岩和砾岩，厚度29.7～36.2m，泥岩：
灰—灰黑色，含粘土质较多，块状结构，含少量根化石及少量滑面。
砂岩：
灰色，长石、石英细砂岩夹泥岩条带，硅泥质胶结。
砾岩：
浅灰色。
砾石主要成份为浅灰色石英砂岩，泥砂质基底式胶结。
（附图2：
煤系地层综合柱状图）
1.4水文地质情况
水文地质条件中等，地表无威胁性水源。
在21200工作面回采过程中，老顶砂砾岩水顺采后裂隙进入工作面采空区，在下巷积聚。
根据此情况分析，预计21220工作面上巷掘进中可能会出现老顶砂砾岩水顺裂隙渗出，引起巷道顶板淋水和巷帮渗水。
在21200工作面采空区低洼处有一定量积水，上巷掘进期间，要制定探放水措施，及时对21200工作面采空区积水进行探放，并及时完善排水系统，保证排水能力。
1.5地质构造
本工作面地质构造较简单，在21200工作面下巷掘进时揭露2条正断层，落差分别为0.4m和1.5m，预计该断层会延伸到本工作面上巷，掘进中会揭露该断层。
本工作面距地表较深，顶板压力大，煤层节理发育。
1.621200工作面地表沉陷情况
21200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21132工作面岩移观测结果推断：
21200工作面的最大下沉量约为600mm。
1.7巷道支护及施工工艺
本工作面上下巷均采用全断面锚网（索）架36U-6.0m三心拱可缩性支架配合液压抬棚复合支护，棚距0.8m,净断面18.5m2；进切眼采用锚网索架工字钢梯形棚架π型梁单体柱双抬棚抬棚复合支护；扩切眼采用锚网索架工字钢梯形棚架π型梁单体柱双抬棚复合支护，切眼净断面22.5m2。
均采用综掘机掘进，切眼采用二次成巷施工工艺。
在各重点冲击危险区域采取增强支护强度（结合矿压显现和现场情况，采取缩小支架棚距和锚杆索间排距、加大锚索长度等措施），提高抗冲击能力。
图2煤层地系综合柱状图
2、冲击危险性程度评价
根据《义煤集团公司冲击地压危险程度评价标准（试行）》，结合我矿实际，分别采用冲击地压发生可能性指数诊断法、冲击倾向评价法、经验类比法及综合指数法等对21220工作面冲击地压危险程度进行评价。
2.1按冲击地压发生可能性指数诊断法
1、采动应力场分布规律
σmax=krH（1-1）
式中：
σmax——采掘面最大应力，MP；
r——上覆岩层平均密度，一般取2.5×104N/m3;
H——采深，m;取815m;
K——煤层上应力集中系数，根据理论和矿山压力分布的一般规律，应力集中系数为2；在放顶煤采场如果出现较大塑形区，可取1.6～1.8；在顶板出现来压或煤柱等特殊条件时，一般取2.5～3.5；根据理论和矿山压力分布的一般规律，取2。
则：
21220工作面最大应力为40.75MPa。
2、测定煤岩体冲击倾向性
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），所采煤层冲击倾向性实验室试验结果，煤层的冲击倾向性指数Wet（弹性能指数）为9.88。
3、应力和冲击倾向性对“发生冲击地压”事件的隶属度
（1）应力隶属度
（1-2）
式中：
（1-3）
σc—煤层单轴抗压强度，MPa；取11.48MP。
则：
由1-1式得出21220最大应力为39.3MPa，由1-3式求得Ic为3.55，由1-2式求得UIC取值为1.0。
（2）冲击倾向性对“发生冲击地压”事件的隶属度Uwet
（1–4）
煤层冲击倾向性指数Wet（弹性指数）为9.88，则Uwet由1-4式取Uwet为1.0。
4、冲击地压发生的可能性指数U
（1–5）
则，U=1。
5、冲击地压发生的可能性
表1-1冲击地压发生可能性评价指标
U
0～0.6
0.6～0.8
0.8～0.9
0.9～1.0
可能性
不可能
可能
很可能
能够
经验算21220工作面发生冲击地压可能性指数为1.0；根据表2-1判断，21220工作面具备发生冲击地压的可能性。
2.2冲击倾向性评价法
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。
表2–1煤的冲击倾向性分类、指数
分类指标
Ⅰ
Ⅱ
Ⅲ
无冲击
弱冲击
强冲击
动态破坏时间DT/ms
>500
50～500
≤50
冲击能指数KE
<1.5
5.0～1.5
≥5.0
弹性能量指数WET
<2.0
5.0～2.0
≥5.0
表2–2顶板冲击倾向性分类、指数
分类指标
Ⅰ
Ⅱ
Ⅲ
无冲击
弱冲击
强冲击
弯曲能指数/KJ
UWQ≤10
10＜UWQ≤100
UWQ＞100
根据表2-1评价煤层冲击倾向性为弱冲击倾向性；根据表2-2评价顶板冲击倾向性为无冲击倾向。
2.3综合指数法
1、根据开采地质因素确定的冲击矿压危险状态等级评定的综合指数Wt1。
（3-1）
式中
Wt1——采矿地质因素确定的冲击地压危险指数；
Wimax——表3-1中第i个地质因素中的最大指数值；
Wi——采掘工作面周围第i个地质因素的实际指数；
n1——地质因素的数目。
表3-1地质条件确定冲击矿压危险等级
序号
因素
冲击矿压危险状态影响因素
冲击地压危险指数最大值
实际冲击地压危险指数
1
W1
该煤层发生过冲击矿压
3
0
2
W2
开采深度
2
2
3
W3
顶板坚硬厚岩层距煤层<50m
3
3
4
W4
开采区域内构造应力集中
3
3
5
W5
顶板岩层厚度特征参数Lst≥50
2
2
6
W6
煤的抗压强度Rc<=16Mpa
2
0
7
W7
煤的冲击能量指数WET＝3.25
4
2
Wt1=∑Wi/∑Wimax
0.57
2、根据开采技术条件确定影响冲击地压危险指数Wt2。
（3-2）
式中
Wt2——采矿地质因素确定的冲击地压危险指数；
Wimax——表3-2中第i个开采技术因素的危险指数最大值；
Wi——采掘工作面周围第i个开采技术因素的实际危险指数；
n2——开采技术因素的数目。
表3-2开采技术条件确定冲击矿压危险评定指数
序号
因素
冲击矿压危险状态影响因素
冲击矿压危险指数最大值
实际冲击矿压危险指数
1
W1
工作面距残留区或停采线的垂直距离
3
3
2
W2
未卸压的厚煤层
3
3
3
W3
未卸压一次采全高的煤厚/m
3
3
4
W4
两侧采空，工作采面斜长
4
2
5
W5
沿采空区掘进巷道
4
2
6
W6
接近采空区的距离小于50m，接近煤柱的距离小于50m
2
2
7
W7
掘进工作面接近老巷的距离小于50m，接近分叉的距离小于50m
3
1
8
W8
面接近落差大于3m的断层距离小于50m
2
1
9
W9
面接近煤层倾角剧烈变化的皱曲距离小于50m
2
0
10
W10
面接近煤层侵蚀或合层部分
2
2
11
W11
开采过上解放层或下解放层，卸压程度
-2
-2
12
W12
采空区处理方式
2
0
Wt2=∑Wi/∑Wimax
0.61
3、根据开采地质和开采技术条件评定的冲击地压危险指数Wt1、Wt2,用式3-3确定出冲击地压危险状态等级评定的综合指数Wt，最终根据表3-3确定冲击危险程度。
（3－3）
得出，Wt为0.61。
表3–3综合指数法分类、指数
分类指标
A
B
C
D
E
无冲击
弱冲击
中等冲击
强冲击
不安全
综合指数Wt
＜0.3
0.3～0.5
0.5～0.75
0.75～0.95
＞0.95
根据3-3表分析结果，21220工作面为中等冲击工作面，在掘进过程中必须采取相应的解危措施。
2.4经验类比分析法
1、采深
21220工作面最大采深840m，具备发生冲击地压的深度条件。
2、断层
21220工作面上巷掘进期间预计揭露F21200-1、F21200-3两条断层，是影响上巷掘进期间发生冲击地压的因素，特别是断层面前后30m极易发生冲击地压。
3、煤柱
21220工作面切眼紧邻常-跃井田边界煤柱，煤柱边界以西为跃进煤田采空区，煤柱应力集中，可能导致开切眼及其附近巷道的冲击地压灾害。
4、停采线和采空区
21220工作面上巷沿21200采空区掘巷，上下巷外段分别在21区延深煤柱工作面采空区下向实体煤掘进，特别是在21200工作面停采线和里段开切眼附近以及21延深煤柱工作面西采空区边缘等区域施工时，煤体受侧向应力和煤柱支撑压力以及扰动等综合作用，存在较高应力集中，具有发生冲击地压的可能。
5、邻近的21200工作面回采期间冲击地压情况。
21220上部为21200工作面，该工作面于2011年4月开始回采，2012年11月回采完毕。
在回采过程中，根据SOS微震监测系统的统计，每天发生104J（含104J）以下能量的微震事件约2～5次，均无明显破坏，其中该工作面下巷共发生2次105J较大能量的微震事件，详细情况如下：
（1）微震事件记录
①2012年1月14日23:
15分，震源位置在21200下巷距设计停采线以里26m处，能量为2.02×105J，震级为1.84级，破坏位置在工作面下端头以外120～160m范围。
②2012年6月24日10:
22分，震源位置21200下巷距设计停采线以里90m处，，能量为3.20×105J，震级为1.95级，破坏位置距设计停采线以里80～120m范围，距工作面下端头以外110～150m。
（2）现场破坏情况
21200回采工作面发生的2次105J微震事件中，巷道有轻微震动，巷道底板有少量顶煤震落，底板底鼓量不明显，巷道两帮无移近量，设备和支架未造成破坏，人员无伤害，没有影响生产。
以此推断，21220工作面煤体中聚集一定的弹性能，特别是下巷和局部高应力区域在掘进期间受扰动影响会加剧应力集中，具备发生冲击的危险性。
3、结论
结合冲击地压发生可能性指数诊断法、冲击倾向评价法、经验类比法及综合指数法等分别对21220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）、21220工作面存在冲击危险性。
（2）、21220工作面冲击地压危险等级为中等。
（3）、上巷为沿空掘巷，布置在减压区内，应力集中度相对较弱，属弱冲击危险区域。
下巷和切眼均布置在实体煤中，受采深和煤柱以及扰动影响，应力高，属于中等冲击危险区域。
（4）、结合21220工作面巷道布置和局部高应力分布，提前预测了6个重点冲击危险区域，在施工过程中必须重点监控，超前防范。
（附图3：
21220工作面冲击危险区域划分示意图）
冲击危险区域一：
上巷口以里30～180m区域。
该区域受21200工作面停采线附近集中应力、21延深煤柱工作面采空区侧向支承压力、一条落差0.4m的F21200-3断层影响，易发生冲击地压。
冲击危险区域二：
下巷口以里30～130m区域。
该区域受21延深煤柱工作面采空区侧向支承压力影响，冲击危险性较大。
冲击危险区域三：
上巷500～600m区域。
上巷掘进至548m，揭露F21200-1断层，落差1.5m，易诱发冲击地压。
冲击危险区域四：
上巷里段距切眼50m区域。
该区域距跃进矿采空区煤柱112m，上部为21200工作面采空区，受边界煤柱集中应力和上部21200采空区侧向支承压力作用，冲击危险性较高。
冲击危险区域五：
下巷里段距切眼50m区域。
该区域距跃进矿采空区煤柱102m，受边界煤柱集中应力影响，同时下巷掘进实体煤，容易发生冲击地压。
冲击危险区域六：
切眼。
整个切眼紧邻常-跃井田边界煤柱，受边界煤柱集中应力影响，容易发生冲击地压。
图321220工作面冲击危险区域划分示意图
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2、推销产品要针对顾客的心，不要针对顾客的头。
3、不同的信念，决定不同的命运。
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