采煤工作面预防冲击地压设计安全技术措施.docx

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采煤工作面预防冲击地压设计安全技术措施

一、工作面概况

（一）工作面位置

该工作面位于西部胶带大巷以北，东面5m为已回采结束的xxxx工作面，北、西两面均为未开拓的实碳区；工作面以南为已回采结束的xxxx工作面和正在掘进的xxxx工作面。

（二）工作面基本情况

xxxx工作面倾斜长度190m，走向可采长度1125m，工作面上方无可采煤层，下方约5.4m的3下煤、69.3m的6煤、162.7m的16煤、170.3m的17煤均未开采，无采空区。

所回采的3上煤层产状走向大致为50°，倾向大致为140°，北部煤层倾角相对较大，12°～22°，平均14°，南部煤层倾角相对较缓，倾角1°～10°，平均5°。

（三）开采技术条件

1.煤尘及煤的自燃倾向性

经煤科总院抚顺分院鉴定：

3上煤煤尘具有强爆炸性，其爆炸指数为41.62%；3上煤为Ⅱ类自燃煤层，发火期54～118天。

2.涌水量

根据地质资料，结合xxxx工作面两顺槽掘进期间实际涌水量分析，xxxx回采工作面局部富水，最大涌水量为68.6m3/h，正常涌水量为45.7m3/h。

3.煤层赋存特征

工作面回采煤层为3上煤，黑色，条痕褐黑色，成份以亮煤为主，暗煤次之并夹镜煤条带，属半亮型煤，沥青光泽，条带状结构。

内生裂隙发育，阶梯状断口～棱角状断口，煤层结构简单。

该煤种属气煤，其硬度为2～3（坚固性系数为0.75），沉积稳定，全部可采。

工作面煤层厚度在2.0～5.7m之间，平均厚4.6m。

二、冲击地压危险性分析及危险区划定

（一）冲击地压危险性分析

1.煤岩层具有冲击倾向性

根据煤科总院北京开采所对我矿3上煤层及顶底板所做的物理力学试验可知，3上煤层具有强冲击倾向性；3上煤层顶、底板具有弱冲击倾向性。

2.开采深度

通常情况下，当开采深度达到800m左右，冲击危险性接近最大值。

xxxx工作面开采深度在698～965.1m之间，从开采深度方面看，该工作面具有冲击危险性。

3.煤层顶底板岩性

若煤层顶底板100m范围内存在厚度≥5m，抗压强度≥50MPa的坚硬厚岩层，当储存在岩层中的弹性能突然释放时容易导致煤层冲击地压的发生。

表2-1影响xxxx回采工作面顶底板活动岩性特征表

序号

岩石名称

平均厚度（m）

与煤层位置关系

岩性描述

1

岩浆岩

70

顶板以上

600m处

浅黑绿色，以辉石、长石为主。

具少量角闪石。

显晶质结构，块状构造。

辉石为自形晶并呈短柱状，裂隙发育并充填绿泥石，呈角砾状，岩芯呈泥状，具滑动控痕，为构造影响所致。

中部岩芯完整，较坚硬。

2

粉砂岩

10.15

顶板以上62.34～72.49m

浅灰～灰色，夹少量褐红色，平坦状断口，下部泥质含量减少，粒度变粗。

3

粉砂岩

16.89

顶板以上15.45～32.34m

浅灰～深灰色，夹少量灰黑色粘土岩条带，水平层理，平坦状及参差状断口，与上层呈突变。

4

细砂岩

12.55

顶板以上2.9～15.45m

为灰色长石石英砂岩，分选中等，次圆状，孔隙式粘土质胶结，完整块状，较坚硬。

5

细砂岩

22.24

底板以下

6.56～28.8m

灰白色，长石石英砂岩，中细粒结构，分选较好，次圆状。

中间含大量的灰黑色粉砂岩包裹体，具顺层排列，底部粒度较粗，基底式粘土质胶结，水平层理及波状层理，裂隙较发育，充填方解石。

6

中砂岩

15.50

底板以下

37.59～53.09m

灰白色长石石英砂岩，分选较好，次圆状，具平行层理及少量交错层理，基底式和孔隙式粘土质胶结。

结合xxxx工作面地层综合柱状图和附近钻孔资料分析，能够对xxxx回采工作面形成威胁的岩层主要有6层（见表2-1）。

其中抗压强度高的岩浆岩对上覆岩层活动起主要控制作用。

通过相邻工作面1月份岩移观测数据，2309工作面地表岩移观测线最大下沉值为1350mm，随着xxxx工作面回采上覆岩层将继续沉陷，可能造成关键层发生断裂，导致积聚的弹性能突然释放。

4.地质构造条件

根据三维地震资料、顺槽掘进实际揭露情况分析，该工作面地质条件较复杂，掘进中顺槽内揭露断层9条，坑透探测资料与巷道揭露断层情况一致，未发现工作面有新的隐伏断层，其中皮带顺槽P3点附近揭露的CF8正断层，皮带顺槽P13点以北25m、轨道顺槽L12点以北86m揭露的CF21正断层，皮带顺槽P20点附近、切眼P22点以东138m揭露的CF46正断层落差较大，预计对回采有较大影响。

5.推采速度对冲击地压的影响

通过对xxxx工作面辅助切眼段快速推采期间微震监测，总结微震事件空间和时间上分布规律，可以发现推采速度与微震活动之间存在密切的关系。

Xxxx工作面日进尺与微震事件数量关系如图2-1所示。

由该图可以看出日进尺与当日微震事件个数契合的十分紧密，当日进尺

急剧增加时，相应发生微震事件数据也随之增加，当日进尺减少时，微震

图2-1xxxx工作面日进尺与微震事件数量关系图

事件数据也随之减少，由此可以得出，推进速度影响微震活动。

xxxx工作面采用综合机械化一次采全高走向长壁后退式采煤法，工作面长190m,每循环进尺0.75m。

为降低xxxx工作面冲击危险程度，应控制回采速度，尽量匀速推采。

6.沿空回采增大了冲击危险性

xxxx工作面一侧为xxxx工作面采空区，因此工作面在推采一段距离后，xxxx工作面后方的采空区与xxxx工作面采空区会形成典型的“S”型覆岩空间结构，该结构会随工作面推移不断向前移动，从而影响xxxx工作面整个回采过程，因此xxxx轨道顺槽周围煤体受“S”型覆岩空间结构影响，为冲击地压防治的重点区域。

（二）冲击危险区域划分

根据冲击地压危险性的多因素评价，以及各因素对诱发冲击地压能力的大小，对危险区域位置、危险程度进行叠加,将这些危险区域划分为三类，一般危险区域2个，中度危险区域6个，高度危险区1个。

冲击危险区域具体位置及范围见表2-2。

表2-2xxxx回采工作面冲击危险影响区划分

编号

危险区范围（工作面位置距切眼距离/m）

引起冲击的主要原因

危险程度

1

0～60（轨顺）

不规则煤柱及断层影响

中度冲击危险区域

2

133～305（轨顺）

工作面见方及断层影响

高度冲击危险区域

3

337～437（轨顺）

工作面二次见方影响

中度冲击危险区域

4

第二联络巷与轨顺交点30m范围

不规则煤柱影响

中度冲击危险区域

5

1399～1589（轨顺）

煤岩交接及不规则煤柱影响

中度冲击危险区域

6

xxxx轨顺煤巷段

xxxx采空区影响

一般冲击危险区域

7

70～245（皮顺）

工作面见方及断层影响

中度冲击危险区域

8

350～556（皮顺）

工作面二次见方及断层影响

中度冲击危险区域

9

1129～1602（皮顺）

煤岩交接及断层影响

一般冲击危险区域

三、冲击地压监测与治理方案

为预防冲击地压事故的发生，保证xxxx工作面回采期间的安全，特制定xxxx回采工作面冲击地压监测与治理方案。

（一）冲击地压监测方法

为及时有效的预测冲击危险程度，圈定可能发生冲击地压区域，尽快采取治理措施解除冲击危险，在xxxx回采工作面采用以钻屑法为主，结合微震监测法、矿压在线监测法、应力在线监测法等多种监测手段，进行冲击危险程度的综合判定。

1.钻屑法

（1）监测范围：

回采工作面超前60m范围及断层、褶曲等冲击危险区域。

（2）监测频率：

xxxx工作面回采期间均执行三班监测，每班施工3个合格的煤粉监测孔。

（3）施工方法及要求：

钻孔垂直巷道煤壁，距巷道底板1.2m，钻孔直径42mm，钻孔深度10m，钻孔间距为5m。

使用FIVS/L型气动手持式钻机施工，钻进速度要均匀，推力和钻孔成一条直线。

③需配置专人施工煤粉钻，并报防冲办备案，人员变动时，必须及时通知防冲办，并将变动人员名单报防冲办重新备案。

④钻屑工未完成当班煤粉钻施工时，区队不得安排钻屑工从事其它工作。

⑤跟班副队长、跟班安监员作为施工现场防冲工作第一责任人，负责对煤粉钻施工进行监督、考核，施工完成的钻屑孔必须进行验收，验收合格后方可在煤粉钻原始记录上签字。

⑥煤粉钻施工结束后，及时清理现场煤粉并进行冲尘，避免形成煤尘堆积。

⑦煤粉钻施工现场必须配备钻孔验收工具（10m锚索线或区队自制的测量工具），以备防冲办或其它人员对钻孔进行验收。

⑧施工完成的煤粉钻孔必须进行喷漆标记并挂牌管理，煤粉钻牌板至少保留3天；施工完成后的钻孔不得立即封孔，须至少保留一天，以备验收。

应使用炮泥封孔，不得使用锚固剂。

⑨若监测到煤粉量超标需立即汇报调度室、防冲办、安监处等相关部门。

2.微震监测法

（1）拾震器布置：

xxxx回采工作面附近共4个微震监测点，其中2#拾震器布置1306工作面第一联络巷轨顺侧、4#拾震器布置西部轨道大巷端头、17#拾震器布置在xxxx皮带顺槽（xxxx工作面第二联络巷以里500m处）、5#拾震器布置在xxxx工作面第二联络巷轨顺侧。

根据xxxx工作面回采情况，及时调整拾震器位置，保证该工作面回采期间监测强度和精度。

（2）若微震监测系统监测到以下情况时，预测工作面具有冲击危险性，应采取相应卸压解危措施。

工作面内两小时发生3次及以上能量大于1.0×104J的微震事件。

工作面内一小时发生2次及以上能量大于1.0×105J的微震事件。

工作面内发生1次能量大于1.0×106J的微震事件。

经微震监测人员对一段时间内微震活动发生频度及发生趋势分析，预测作业地点可能发生冲击地压。

3.矿压在线监测法

（1）压力分机布置：

xxxx回采工作面每隔8个支架布置1台压力分机，共计15台。

通过监测工作面内支架的工作阻力变化规律，为评价支架支护效果、支架对该类顶板的适应性以及顶板初次来压、周期来压等规律提供依据。

（2）顶板离层仪布置：

xxxx轨道顺槽每隔100米布置一台离层传感器，共计14台。

通过离层传感器监测顶板离层位置、离层速度变化，用于判断顶板破坏范围，对巷道稳定性进行判断，对巷道所处的安全等级进行评价。

4.应力在线监测法

KJ550煤矿冲击地压应力在线监测系统，可以在工作面开采期间进行冲击地压的临场预报。

根据xxxx工作面的特点及构造特征，压力传感器安装在轨皮顺生产帮，自切眼前方40m开始，每25m一组，每组2个，埋设深度分别为10m、15m，每组两个测点间距1m。

xxxx回采工作面的初始预警值设置如下表：

表3-1xxxx回采工作面初始预警值设置

测点深度

预警级别

预警值

10m

黄色预警

10MPa-12MPa

红色预警

>12MPa

15m

黄色预警

13MPa-15MPa

红色预警

>15MPa

（二）冲击地压解危方案

当监测出有冲击危险时，应立即停止生产，实施煤层爆破卸压、煤层注水、大直径钻孔卸压等卸压解危措施，解危后要用钻屑法检验卸压效果，直至冲击危险解除。

1.爆破卸压

（1）对监测出的冲击危险区域进行爆破卸压。

（2）炮眼布置方式：

单排布置，间距5m，距底板1.2m，爆破孔深度为10m。

（3）卸压爆破参数：

采用正向连续装药，每孔装药23卷，装药长度4.025m，炸药采用煤矿许用二级乳化炸药（28mm×175mm,100g/卷）。

每个炮眼中采用3个煤矿许用同期毫秒延期电雷管并联，孔底向外第8个药卷装入1个雷管，孔底向外16个药卷装入1个雷管，孔底向外23个药卷装入1个雷管，在引爆药卷的外端放入2块水炮泥，其余部分封满炮泥。

2.大直径钻孔卸压

（1）钻孔参数：

使用ZQJ-160/4.3型或ZQJ-300/6型气动架柱式钻机，钻孔直径分别为108mm、150mm，钻孔距底板1.2m，孔深20m，钻孔间距1～5m（可根据回采速度及卸压效果适当调整）。

（2）施工范围：

在xxxx工作面监测到有冲击危险的区域及划定的高度冲击危险区域。

（3）钻机运输、安装、具体操作等按照《大直径卸压钻孔施工通用措施》中有关规定执行。

（4）人员组织及施工要求：

每部钻机需3人操作，每班必须保证施工2个合格的卸压钻孔，施工完毕后由防冲办派人验收。

（5）卸压孔施工完毕后，采用钻屑法进行效果检查，若煤粉仍然超标，应适当增加卸压孔的深度和密度。

3.煤层注水

（1）注水钻孔根据xxxx回采工作面具体条件进行布置，注水孔必须远离断层带。

（2）注水孔施工倾角应考虑钻杆下沉的影响，使成孔平均倾角与煤层平均倾角一致，不致穿入顶底板。

（3）注水孔间距为15m，可适当调整，一般不大于20m。

（4）注水压力不低于7MPa。

（5）为提高注水效果，可采用孔内爆破或在水中添加对人体无害的药剂。

（6）对煤层注水情况进行记录。

（7）当注水工作达到设计要求，或钻孔周围煤壁有水渗出、煤壁出现均匀的“出汗”渗水时，作为煤体已全面湿润的标志，暂停对该钻孔的注水。

（三）根据冲击危险程度确定防治方案

1.一般冲击危险区冲击地压防治方案

（1）在划定的一般冲击危险区范围内回采时，钻屑法执行三班监测，监测位置为工作面两顺槽超前60m范围内。

（2）降低回采速度，尽量匀速推采。

（3）一旦发现煤粉量超标（校验后仍超标）或动压显现明显时，应停止生产，对煤层进行爆破卸压，危险解除后方可恢复生产。

2.中度冲击危险区冲击地压防治方案

（1）在划定的中度冲击危险区域范围内回采时，钻屑法执行三班监测，监测位置为工作面两顺槽超前60m范围内。

（2）降低回采速度，保持匀速进行。

（3）若监测到有冲击危险时，应停止生产，用钻屑法圈定危险区域，在该区域内进行爆破卸压，若卸压效果不明显，及时采用大直径钻孔卸压，危险解除后方可恢复生产。

3.高度冲击危险区冲击地压防治方案

（1）在划定的高度冲击危险区范围内回采时，除采用钻屑法每班监测外，还应提前采取卸压保护措施。

（2）在高度冲击危险区范围内回采时，锚杆、锚索应采取防崩措施，使用12#铁丝交叉缠绕固定于编网上，防止锚杆、锚索崩断窜出伤人。

（3）控制推采速度，日进尺不超过8m，并保证匀速推采。

（4）在回采至冲击危险区前先对危险区施工大直径卸压钻孔进行预卸压，保证先卸压后生产。

（5）当监测到具有冲击危险时应停止生产，及时卸压，卸压手段应以钻孔卸压为主，若采取爆破卸压，应将所有人员撤至安全区域，以免爆破诱发冲击地压。

（6）若卸压效果不明显或冲击危险始终无法消除，应联系冲击地压专家教授做出分析，提出解决方案。

四、安全管理措施

1.所有井下作业人员都必须接受有关冲击地压知识的培训，熟悉冲击地压发生的原因、条件、征兆以及应急措施，现场发现危险必须立即撤出并汇报，服从现场安监人员的指挥和安排。

2.严禁摘掉安全帽，不得在以下地点逗留：

巷道高度不够处、人行道安全间隙不够处、锚杆失锚或其它支护薄弱地点、锚索下方、设备或物料附近、靠近铁质管路处、钻屑法施工区域和钻孔卸压施工区域及划定的冲击危险区域。

3．在冲击危险区域作业的所有人员必须熟悉冲击地压发生的征兆及应急措施，发现异常立即撤出或躲到安全地点避灾。

4.当出现以下情况时，现场施工负责人应及时组织人员撤离并汇报防冲办公室和有关领导，采取解危措施。

（1）监测煤粉量超过危险煤粉量，经校验监测仍超标时。

（2）有较大的煤体突出，煤壁突然外鼓。

（3）煤炮频繁，能量明显增强。

（4）顶板下沉速度明显增大（大于5mm/d）或出现反弹时。

5.工作面停产3天以上，在恢复生产前，必须先进行冲击地压危险鉴定，经鉴定无危险后方可生产，否则要采取解危措施直至危险消除。

6.必须加强端头支护和超前支护，提高上下端头和切顶线的支护强度，加大两巷超前支护范围和强度。

7.有冲击危险的工作面顺槽实行封闭管理，封闭管理区内生产期间不得超过3人，检修开放期间50m范围内施工人员不得超过9人。

8.距工作面150m范围内，禁止存放刚性材料，正在使用的设备要用直径不小于7.2mm的钢丝绳生根联牢，其他物料应在距工作面150m以外码放整齐，并且尽量平放。

9.当监测指标超过危险指标时，现场监测人员应利用同一手段或不同手段进行校验监测，并对比监测结果，同时落实相应解危措施，做到防冲措施不落实不生产，冲击危险不消除不生产。

10.工作面发生冲击地压事故，应及时汇报公司调度室，调度室要通知分管领导、安监处、防冲办公室等相关人员下井调查处理。

11.冲击地压发生时的撤离路线：

冲击地压发生时避灾路线的选择应遵守最快达到安全地点的原则。

（1）工作面胶带顺槽内及工作面发生冲击地压时：

①在事故地点进风侧人员：

事故地点→xxxx工作面→xxxx轨道顺槽→西部轨道大巷→辅助运输石门

（1）→副井→地面；

②在事故地点回风侧人员：

事故地点→xxxx皮带顺槽→xxxx第二联络巷（后期为第一联络巷）→xxxx轨道顺槽→西部轨道大巷→辅助运输石门

（1）→副井→地面。

（2）工作面轨道顺槽内及工作面发生冲击地压时：

①在事故地点进风侧人员：

事故地点→xxxx轨道顺槽→西部轨道大巷→→辅助运输石门

（1）→副井→地面；

②在事故地点回风侧人员：

事故地点→xxxx工作面→xxxx皮带顺槽→xxxx第一联络巷→xxxx轨道顺槽→西部轨道大巷→辅助运输石门

（1）→副井→地面。