古城工作面冲击危险性评价

古城工作面冲击危险性评价第1页/共79页1立项背景古城煤矿3208综放工作面位于32采区，倾斜宽120m，轨顺长1895m，皮顺长2008m，该工作面平均采深1180m，煤层和顶板均具有强冲击倾向性。诱发3208工作面发生冲击地压的因素主要有以下几个方面，且这些因素有可能组合在一起，相互作用。(1)自重与采动应力耦合诱发的冲击(2)采空区侧向支承压力与采动应力叠加诱发的冲击(3)采动应力与构造应力叠加诱发的冲击第2页/共79页3煤层具有强冲击倾向性。1立项背景3煤层顶板具有强冲击倾向性。第3页/共79页23208工作面概况第4页/共79页23208工作面概况第5页/共79页23208工作面概况

顶底板名称岩石名称厚度(m)岩石特征顶板细砂岩3.5白色，以石英为主，含云母碎片，泥质胶结较硬，具方解石细脉，缓波状层理，具有炭面中砂岩18.7灰白色，石英长石为主，夹暗色矿物，泥质胶结，有炭化面，断续状水平层理，底部为钙质砂岩砂质泥岩3.67黑灰色，块状构造，性脆，含植物化石，呈滑面。底板砂质泥岩2.28黑色，夹炭质条带，沿层面有黑色片状矿物。中砂岩3.0灰色，泥钙质胶结，坚硬，波状层理砂质泥岩2.3黑灰色，含云母星点，层中含植物碎片，并充填细砂岩条带及团块，水平层理中砂岩1.9白灰色，成分以石英为主，长石次之，含云母碎片，钙质胶结，坚硬，有碳线第6页/共79页23208工作面概况构造名称走向(°)倾向(°)倾角(°)落差(m)对采掘的影响程度3DF206103121700~5较大3DF19812232750~5较大第7页/共79页23208工作面概况巷道布置第8页/共79页3冲击地压评价的范围和方法3208工作面平面尺寸约为120×1951m，平均采深约1180m。同煤层工作面掘进、回采过程中曾多次发生煤炮、巷道变形等动力现象。根据煤层冲击倾向性鉴定结果和曾发生的动力现象，并考虑到3208工作面复杂的开采条件（深部、特厚煤层、高地压、构造发育），认为3208工作面回采过程中面临潜在的冲击地压等动力灾害威胁。第9页/共79页3冲击地压评价的范围和方法第10页/共79页43208掘进工作面冲击地压危险性评价第11页/共79页43208掘进工作面冲击地压危险性评价自重应力影响根据接续计划及现阶段开采情况，3208工作面采掘时，32采区内3203、3205工作面已完全采空，3206工作面部分采空。32采区工作面大面积采空后，上方自重应力转移到遗留的煤体上方，所以3208工作面上方承载较大应力。由此，在计算自重应力时除考虑采深外还应加入修正系数。第12页/共79页43208掘进工作面冲击地压危险性评价自重应力影响第13页/共79页43208掘进工作面冲击地压危险性评价采空区影响第14页/共79页43208掘进工作面冲击地压危险性评价采空区影响轨道顺槽第15页/共79页43208掘进工作面冲击地压危险性评价采空区影响侧向支承压力对轨道顺槽影响第16页/共79页43208掘进工作面冲击地压危险性评价构造影响根据物探及相邻工作面揭露情况，预计3208工作面掘进过程中将揭露两条断层，3DF198断层和3DF206断层。断层构造对皮带顺槽影响第17页/共79页43208掘进工作面冲击地压危险性评价综合所有影响因素得出结论第18页/共79页53208工作面冲击地压危险性的宏观评价序号因素冲击地压危险状态影响因素冲击危险指数1W1该煤层中发生过多次冲击地压32W2开采深度>700m23W3顶板中坚硬厚岩层距煤层的距离<50m34W4开采区域内构造应力集中25W5顶板岩层厚度特征参数Lst≥5026W6煤的抗压强度Rc>16Mpa27W7煤的弹性能量指数为4.652

Wt1=∑Wi/∑Wimax0.84综合指数法第19页/共79页43208工作面冲击地压危险性的宏观评价序号因素冲击地压危险状态影响因素冲击危险指数1W1工作面距残采区或停采线的垂直距离>60m02W2留顶煤厚度大于1m33W3未卸压一次采全高的煤厚9.3m34W4采空区处理方式：条带法+垮落法2

Wt2=∑Wi/∑Wimax0.73Wt=max{Wt1,Wt2}=0.84D强冲击0.75～0.95(1)应当停止采矿作业，不必要的人员撤离危险地点。(2)矿主管领导确定控制冲击地压危险的方法及措施，以及控制措施的检查方法，确定参加防治措施的人员。综合指数法第20页/共79页43208工作面冲击地压危险性的宏观评价UWet=0.95UIc=1.0U=(UIc+UWet)/2U=0.97U0-0.60.6-0.80.8-0.90.9-1.0可能性不可能

可能很可能

能够可能性指数诊断法第21页/共79页43208工作面冲击地压危险性的宏观评价3208工作面能够发生冲击地压，冲击地压危险程度为强冲击危险性。宏观评价认为：第22页/共79页5工作面冲击地压危险性的多因素耦合评价与危险区划分

3208工作面两侧均为实体煤，在工作面推采一段距离后，工作面采空区会形成典型的“O”型覆岩空间结构，该结构会随着工作面的继续推进而不断移动。第23页/共79页5工作面冲击地压危险性的多因素耦合评价与危险区划分

5.1自重应力与冲击地压关系评价

轨道顺槽剖面图皮带顺槽剖面图第24页/共79页5工作面冲击地压危险性的多因素耦合评价与危险区划分

5.1自重应力与冲击地压关系评价

第25页/共79页5工作面冲击地压危险性的多因素耦合评价与危险区划分

5.2地质构造与冲击地压关系评价

3208工作面回采过程中诱发冲击地压的地质构造主要是断层。第26页/共79页5工作面冲击地压危险性的多因素耦合评价与危险区划分

5.2地质构造与冲击地压关系评价

第27页/共79页5工作面冲击地压危险性的多因素耦合评价与危险区划分

5.2地质构造与冲击地压关系评价

构造名称走向(°)倾向(°)倾角(°)落差(m)对采掘的影响程度3DF19812232750~5较小3DF206103121700~5较大第28页/共79页5工作面冲击地压危险性的多因素耦合评价与危险区划分

5.2地质构造与冲击地压关系评价

第29页/共79页5工作面冲击地压危险性的多因素耦合评价与危险区划分

5.3覆岩空间结构运动与动力灾害关系评价

直接顶、老顶厚度计算：3208工作面开采后，厚3.67m的泥岩作为直接顶先冒落，上方厚18.7m的中砂岩可以形成承力岩梁向工作面前方传递应力，为工作面老顶。第30页/共79页5工作面冲击地压危险性的多因素耦合评价与危险区划分

5.3覆岩空间结构运动与动力灾害关系评价

工作面卸压区第一组坚硬岩梁工作面底板产生动压第31页/共79页5工作面冲击地压危险性的多因素耦合评价与危险区划分

5.3覆岩空间结构运动与动力灾害关系评价

参考古城矿其它工作面的开采经验，老顶初次来压时超前影响距离约为40m，取老顶来压时的应力集中系数为1.5。第32页/共79页5工作面冲击地压危险性的多因素耦合评价与危险区划分

5.3覆岩空间结构运动与动力灾害关系评价

第33页/共79页5工作面冲击地压危险性的多因素耦合评价与危险区划分

5.3覆岩空间结构运动与动力灾害关系评价

3208工作面两侧均为实体煤。随着工作面的推进，采场覆岩将形成与上述分析类似的“O”型覆岩空间结构。“O”型覆岩空间结构的运动将带来较强烈的矿压显现。第34页/共79页5工作面冲击地压危险性的多因素耦合评价与危险区划分

5.4其它因素诱发冲击可能性

采空区影响第35页/共79页5工作面冲击地压危险性的多因素耦合评价与危险区划分

5.5冲击地压危险性的多因素耦合评价与危险区划分

根据以上对冲击地压危险性的多因素评价，对各个影响因素下的应力进行叠加。应力叠加遵循以下原则：（1）只取增量原则，即不重复计算垂直应力。例如工作面采动应力为1.5γh，褶曲构造应力为1.3γh，则两者叠加后的应力为1.5γh+（1.3-1）γh=1.8γh。（2）构造优先原则，即存在构造应力时，则垂直应力不计。例如工作面垂直应力为γh，构造应力为1.5γh，则两者叠加后的应力为1.5γh。第36页/共79页5工作面冲击地压危险性的多因素耦合评价与危险区划分

5.5冲击地压危险性的多因素耦合评价与危险区划分

第37页/共79页5工作面冲击地压危险性的多因素耦合评价与危险区划分

5.5冲击地压危险性的多因素耦合评价与危险区划分

第38页/共79页5工作面冲击地压危险性的多因素耦合评价与危险区划分

5.5冲击地压危险性的多因素耦合评价与危险区划分

第39页/共79页5工作面冲击地压危险性的多因素耦合评价与危险区划分

5.5冲击地压危险性的多因素耦合评价与危险区划分

第40页/共79页冲击地压危险区合并

第41页/共79页6冲击地压危险性评价的主要结论与防治建议6.1对发生冲击地压可能性的评价结论

（1）根据工作面冲击地压危险性的综合指数法，3208工作面冲击地压危险等级为强冲击危险性，整体来讲，该面在回采过程中需要提高警惕，由于回采过程中产生的扰动，使工作面前方煤体应力得到进一步叠加，增大了发生冲击的可能性。（2）根据工作面冲击地压危险性发生可能性指数诊断法，该工作面的最大采深已经超过发生冲击地压的临界采深，通过诊断，该工作面发生冲击地压的可能性指数为0.97，即能够发生冲击地压。第42页/共79页6冲击地压危险性评价的主要结论与防治建议6.1对发生冲击地压可能性的评价结论

（3）多因素耦合评价结果：根据工作面冲击地压危险性的多因素耦合评价，首先要从工作面煤岩结构、地质构造、覆岩空间结构运动等因素单独求出应力分布曲线，最后根据冲击地压危险性的多因素耦合评价进行叠加，划分危险区，然后根据危险程度不同，将3208工作面冲击地压危险区域划分为：一般危险区12个，中度危险区3个，高度危险区6个。第43页/共79页6冲击地压危险性评价的主要结论与防治建议6.1对发生冲击地压可能性的评价结论

冲击危险性的总体评价：（1） 工作面整体冲击危险性较高，局部具有中度、高度冲击危险性；（2） 工作面回采受3203、3205、3206采空区影响较大，应加强皮带顺槽支护、卸压、监测。（3）冲击类型：以覆岩空间结构运动、断层与采空区诱发的冲击为主；表现形式为“炸帮”、煤炮或局部煤体涌出；（4）不可预见因素：由于冲击地压机理复杂，影响因素多，对工作面推进过程中出现锚杆应力异常、钻屑量超限地段，应加以重视。另外，需要加强开采过程中微震和应力动态的实时监测监控。第44页/共79页6冲击地压危险性评价的主要结论与防治建议6.23208工作面冲击地压防治建议

（1）局部危险区采用煤层大直径钻孔卸压技术第45页/共79页6冲击地压危险性评价的主要结论与防治建议6.23208工作面冲击地压防治建议

一般危险区，孔深15m，钻孔直径100~120mm，孔间距5m；中度危险区，孔深17m，钻孔直径100~120mm，孔间距3m；高度危险区，孔深20m，钻孔直径100~120mm，孔间距1m；第46页/共79页6冲击地压危险性评价的主要结论与防治建议6.23208工作面冲击地压防治建议

（2）动态危险区卸压解危措施钻孔参数同上，孔间距缩小至1m。第47页/共79页6冲击地压危险性评价的主要结论与防治建议6.23208工作面冲击地压防治建议

（3）效果检验对危险区实施治理后，需进行效果检验。根据古城矿井目前的装备条件，可采用冲击地压实时监测预警系统进行效果检验，同时配钻屑法。工作面回采前，根据不同分区的冲击危险等级，采取具有针对性的防冲措施。监测达不到预期效果或冲击危险未解除前，不得生产。第48页/共79页6冲击地压危险性评价的主要结论与防治建议6.3冲击地压监测预警

30m25m皮带顺槽轨道顺槽切眼第49页/共79页6冲击地压危险性评价的主要结论与防治建议6.4冲击地压工作面的技术与安全管理方法

(1)建立机构，制定规章制度第50页/共79页6冲击地压危险性评价的主要结论与防治建议6.4冲击地压工作面的技术与安全管理方法

(2)建立冲击地压岗位责任制及管理制度第51页/共79页6冲击地压危险性评价的主要结论与防治建议6.4冲击地压工作面的技术与安全管理方法

(2)建立冲击地压岗位责任制及管理制度第52页/共79页6冲击地压危险性评价的主要结论与防治建议6.4冲击地压工作面的技术与安全管理方法

(3)加强培训技术人员，充分利用先进仪器加强对技术等人员的培训，提高防治冲击地压的能力，避免“见多不怪”的现象，提高警惕性和防范能力。如，冲击地压专业知识培训班，举办知识讲座等。充分利用先进的监测仪器，特别是冲击地压实时监测预警系统和微地震监测系统，加强监测预警。第53页/共79页6冲击地压危险性评价的主要结论与防治建议6.4冲击地压工作面的技术与安全管理方法

(4)构建防冲技术体系，提高防范能力第54页/共79页7结论（1）根据评价结果，将3208掘进工作面划分为6个高度危险区、7个中度危险区。（2）根据工作面冲击地压危险性的综合指数法，3208回采工作面冲击地压危险状态等级评定为强冲击危险性，整体来讲，该面在回采过程中需要提高警惕，由于回采过程中产生的扰动，使工作面前方煤体应力得到进一步叠加，增大了发生冲击的可能性。

第55页/共79页7结论（2）根据工作面冲击地压危险性发生可能性指数诊断法，该工作面发生冲击地压的可能性指数为0.97，能够发生冲击地压。（3）多因素耦合评价结果：根据工作面冲击地压危险性的多因素耦合评价，首先主要从工作面煤岩结构、地质构造、覆岩空间结构运动等因素单独求出应力分布曲线，最后根据冲击地压危险性的多因素耦合评价，划定危险区域，然后根据危险程度不同，将3208工作面冲击地压危险区域划分为：一般危险区域12个，中度危险区域3个，高度危险区6个。第56页/共79页832采区条带开采支承压力分布研究第57页/共79页832采区条带开采支承压力分布研究第58页/共79页832采区条带开采支承压力分布研究第59页/共79页832采区条带开采支承压力分布研究方案一：跳采第60页/共79页832采区条带开采支承压力分布研究方案一：跳采第61页/共79页832采区条带开采支承压力分布研究方案一