1、织金县以那镇水井湾煤矿冲击地压专项设计2013 年 6 月 6 日目录1 水井湾煤矿冲击地压的基本情况 .错误 ! 未定义书签。2 12703 工作面的基本条件 .112.1工作面概况 .152.1.1位置及周边关系 .152.1.2煤质情况及煤层赋存特征.172.1.M27 煤层其它情况 .182.2工作面开采技术条件及储量情况.182.2.1地质构造情况 .182.2.2水文地质情况 .192.3巷道布置 .202.4采煤方法 .212.5冲击地压评价的范围.212.6冲击地压评价方法和评价流程.错误 ! 未定义书签。3工作面冲击地压危险性的宏观评价 .错误 ! 未定义书签。3.1宏观评价
2、方法 .错误 ! 未定义书签。3.212703 工作面冲击危险综合指数法评价. .错误 ! 未定义书签。3.3冲击地压发生可能性指数诊断法评价.213.3.1采动应力场分布规律 . .223.3.2测试和计算煤岩体的冲击倾向性.223.3.3计算应力和冲击倾向性各自对“发生冲击地压”事件的隶属度.243.3.4计算冲击地压发生的可能性指数.253.3.5诊断某一点冲击地压发生的可能性.254 工作面冲击地压危险性的多因素耦合评价与危险区划分. 254.112703 工作面煤岩结构与动力灾害( 冲击地压和矿震 ) 关系评价.264.212703 工作面地质构造与冲击地压关系的工程类比评价. .2
3、64.3覆岩空间结构运动与动力灾害（冲击地压和矿震）关系评价.314.4煤柱诱发冲击地压评价 .364.512703 工作面冲击地压危险性的多因素耦合评价与危险区划分. .365冲击地压危险性评价的主要结论 . .381一、地理概况（一）交通位置水井湾煤矿位于织金县以那镇境内，距以那镇政府1.5km，隶属贵州省织金县以那镇所辖。地理坐标为：东经 105?40?07?105?40?38?，北纬 26?48?59?26?49?31?。矿区范围由7 个拐点坐标圈定，矿区形状呈不规则的多边形，平面积0.4888km2; 井田走向长约0.1 1.km, 倾向宽约 030.8km。矿区内交通以公路为主，
4、织金至纳雍、 水城的公路从矿区南部经过，以那镇距织金 34 公里，至纳雍 63 公里、距水城 123 公里，以那镇到贵阳 215 公里，交通较为方便。见交通位置（图11）。图 1-1交通位置图（二）、地形地貌11矿区地貌属侵蚀、溶蚀山区地貌，属中低山地貌类型。地势北西，南东地势较高。最高点为矿区西北部草地冲， 海拨标高 +1528.9m；最低点为矿区东部，海拨标高 +1425m，最大相对高差 103.9m。（三）矿区地表水矿区属长江水系， 矿区范围内地表水系不发育， 地表水多为季节性冲沟水，由于地形坡度较陡，冲沟流程短，流速快，大部分地表水流入溪沟，部分地表水通过地表裂隙和溶岩地层渗透为地下水
5、。（四）、气候条件矿 区 气 候 属 亚 热 带 湿 润 气 候 区 ， 年 最 大 降 雨 量 在 1192.21513.1mm, 年平均降水量 1444.1mm， 5 10 月降雨量为1204.5mm，占全年降雨量的 83.4 ，年平均气温 14.1 , 1 月平均气温 4C，7 月平均气温 22.5 C，极端最高气温 33.5 C，极端最低气温 12.1 C，平均相对湿度82，平均日照时数1172.2 小时，长年主导风向为东北风，年频率23，次主导风向为北北东风，年频率 12，静风率 26，年平均风速2.3m/s 。（五）、外部环境区内工业不甚发达，以农业为主。农作物主要为水稻、玉米，其
6、次为薯类等，粮食基本自给自足。经济作物主要有油菜、烤烟、茶叶等，畜牧产品主要有牛、马、猪、鸡、鸭、鹅等。当地经济较落后。矿区内地方工业生产基础薄弱， 改革开放以来地方工业和乡镇企业有很大发展。矿产资源以煤矿为主。区内除煤矿外无其他工矿企业。（六）、地震根据中国地震动参数区划图（GB183062001），矿区地震基本烈度为度，地震动峰值加速度为0.05g 。（七）、地温12周边生产矿井及矿区范围内未发现高温异常区。二、主要自然灾害矿区主要自然灾害有顶底板、瓦斯、粉尘、火灾、水害、地表崩塌、滑坡、冰雹、凝冻等。三、矿区开发史、现有生产井、在建井、规划井分布和开采情况，小窑分布及开采情况。水井湾煤矿
7、煤矿属技改矿井， 根据井田内地质地形、地貌等特征，目前矿井工业场地位置处于井田内中部。原水井湾煤矿为私营煤矿，2001 年 12 月取得采矿许可证。矿界由 7 个拐点坐标框定， 开采标高为 +1505m+1350m，面积 0.4888km2，生产规模 3 万吨 / 年。依据贵州省煤炭管理局关于对毕节行署请求批准织金县以那镇水井湾煤矿单独技改问题处理意见的报告 及贵州省人民政府办公厅公文处理笺 关于对毕节行署请求批准织金县以那镇水井湾煤矿单独技改问题处理意见的报告 ，矿区面积为 0.4888km2,开采标高 +1505m +1350m，矿界未变，矿井北边与彭家湾煤矿相邻；北东向与沙子井相邻；东南
8、向与良山煤矿相邻，无矿界冲突。拟定生产规模 15 万吨 / 年。技改前、后拐点坐标见表 1-1-1 。表 1-1-1水井湾煤矿技改前、后井界拐点坐标表点 号坐标XY02968362.0035566595.0012968505.0035566971.0022968436.0035567162.0032968014.0035567333.0042967528.0035566849.0052967582.0035566482.0062968000.0035566731.0013矿区面积： 0.4888km2; 准采标高： +1505m+1350m该矿区周边老窑较多，对有水老窑进行了调查，结果显示：有
9、水老窑主要位于矿区西南部煤层露头线地带。正常涌水量为3，最5m/h3大涌水量为 20m/h 。据现场调查， 老窑易产生积水区主要在原水井湾煤矿（斜井开拓）采空区，在掘进过程中，容易发生老窑透水、突水现象，应引起高度重视。采空区情况：原水井湾煤矿开拓方式为斜井， 设计一个主斜井、一个回风斜井。一个水平开采。目前在 M28布置有一个回采工作面和二个掘进工作面作业。矿井通风系统采用中央并列式。矿井现开采标高为+1426m 左右。根据矿井实测资料，矿山主要开采M27、M28（矿山历来习惯叫M14、M16）煤层，开采深度为 1505m 1350m，采空区主要为六块，分别为靠近中部的20042005 年开
10、采的采空区、 2005 年采空区和靠2近南部边界的2006 年的采空区 , 其中 M27 采空面积约11065m、M282采空面积约 52300m以上积水通过 +1360 水平主排水泵排出地面。三）矿井技改前开采情况与现设计的关系水井湾煤矿 M27、M28煤层从南西侧井筒煤柱边界线沿南西侧走向方向至井田边界及 +1400m标高以上不布置采掘工作面。其他区域正常布置采掘工作面。所有的采空区在以上范围内无利用巷道。采空区状况见矿区范围关系图。四）各种煤柱的留设矿区范围内无小村庄只有零星散户， 矿区范围内无河流、无学校、铁路、公路、文物保护建筑物。零星散户采用搬迁的方法处理；其他14保安煤柱留设如下
11、：1、村寨民房保护煤柱矿区范围内无小村庄只有零星散户，零星散户采用搬迁的方法处理；矿区内无村庄不设村庄保护煤柱。2、河流保护煤柱矿区内无河流不设保护煤柱。3、其他隔水煤（岩）柱留设留设原则及计算方法见第六章第二节第二点内容。根据本矿的实际情况，经计算本矿留设的各种煤（岩）柱尺寸见表113。计算过程见第六章第二节第二点第三小点。表 113各种煤（岩）柱尺寸表序名称M21M23 M27M28 M30号1断层煤（岩）柱宽度（ m）20202020202矿井采区边界防水煤 （岩）柱宽度（m） 40404040403水淹区 ( 小窑积水区 ) 下同一煤层掘进30303030防水岩柱宽度（ m）304水淹
12、区 ( 小窑积水区 ) 下同一煤层采煤20202020防水煤柱宽度（ m）205水淹区 ( 小窑积水区 ) 下一煤层采煤防30303030水岩柱宽度（ m）306煤层露头及风氧带防水煤柱高度（m） 20202020207井筒及大巷煤柱宽度（ m）2020202020三、 12703 工作面的基本条件2.1 工作面概况2.1.1位置及周边关系12703 采煤工作面位于井筒东侧，地表为山坡耕地，无建筑物，具体位置详见下表1512703 采煤工作面位置表煤（矿）水平采区名1390 水平层M27煤层一采区名称名称称地面工作面工作面12703 掘进工+1390+14091405标高标高名称作面-1409
13、(m)(m)地面地面为山坡耕地，无任何建筑物情况井下位置及四该工作面井下位于井筒东翼。 东为水沙子井煤矿、 西为井筒；北为 12701 采空区，南为 12705 采面（未布置）。邻采掘情况回采对地面设根据水井湾煤矿历来的情况、 岩层的坚固性和与地面施的影的层间距来看， 12703 采面采空后对地表影响不大。响走向长倾向长31105面积(m)28630131586(m)(m2)162.1.2煤质情况及煤层赋存特征M27煤层及煤质情况表煤层1.6 2.1煤层结构煤层210总厚1.6倾角6(m)简单( )煤层可采1.0变异系数稳定稳定指数7.6程度情（%）该面 M27煤层为低硫煤，总厚度1.6 2.
14、1m，平均 1.6m，况煤层结构较简单， 煤层倾角在 210之间， 平均 6，煤层普氏硬度系数 f=1.8 。AVFCSYQ工M粘结P(业( ( ( ( (mm(mj/kg煤 ( )性)牌质号情15.38.52.0.40.01况 1.8363344879.5328.05QMM27煤层为低灰、低硫、低磷、高发热量煤。M27煤层顶底板情况表顶底板情岩石名厚度况称(m)老顶中砂岩7.4岩石特性灰白色，成分以石英、 长石为主，分选好，水平缓波状层理，裂隙少许方解石充填， 含少量植物茎叶碎片化石。直接顶粉砂岩伪顶1.6 8.45.0灰色，断口平坦参差状， 含少量细砂质及泥质薄层， 水平缓波状层理，下部含
15、大量植物碎片化石，间夹煤线。17直接底粉砂岩老底中细砂岩2.1.M27 煤层其它情况1.5 深灰色，具水平层理， 断口平4.87坦状，上部含丰富的植物根化石，3.2与下伏岩层呈过渡性接触。深灰色至灰白色，平行层理及水平波状层理均发育， 斜裂隙较发育，未充填，局部含菱铁质结核，31.31具少量植物碎屑化石， 粒度自上而下变粗 , 与下伏岩层呈过渡性接触。该煤层瓦斯绝对涌出量为 CH4：0.44m3/min ；CO2：0.59 3/min ，属低瓦斯煤层，煤（矿）尘 具有爆炸危险性，爆炸指数为 44.54%；属一类自燃煤层；地温为 22，地温梯度为 0.99 /100m；地压无资料。2.2 工作面
16、开采技术条件及储量情况2.2.1地质构造情况据物探资料，该工作面位于王庄向斜盆地西翼，煤岩层主要为向东倾伏的褶曲构造。该面煤岩层走向变化较大，倾角818，平均 14，面北部切眼附近倾角较大，最大达18，预计对该面回采有一定影响，自切眼向南煤层倾角逐渐变缓；工作面内断层发育；无陷落柱、古河流冲刷等地质现象。巷道揭露的断层情况详见下表：工作面断层构造情况表断巷道实际揭露的断层共3 条，断层走向以北西和近东西向为主。层断层走 向倾向倾性落 差对掘进影角构名称( )( )质（m）响程度( )造情f14613645正断1.1影响小层18况f290038逆断1.2影响较小层f39418470正断3.2影响
17、较大层2.2.2水文地质情况影响该面掘进的含水层主要有M27煤层顶、底板砂岩裂隙含水层和煤层底板三灰岩溶裂隙含水层。（1）煤层顶、底板砂岩裂隙含水层据附近 ZK001、ZK002 等钻孔资料并结合副井实测资料， M27 煤层顶板中砂岩含水层累计厚度为 7.4m。M27煤层底板中细砂岩含水层厚 31.31m。根据地质报告资料， 单位涌水量 0.0227 0.0483 L/s.m ，富水性弱。 12703 皮带顺槽在掘进时顶板砂岩含水层最大涌水量303m/h ，现基本疏干 , 仅局部地段仍有少量顶板淋水。该面运输顺槽导线点 P5 以里 5 米东帮钻机房内已施工完成顶板砂岩放水孔3 个（放48、放
18、49、放 50），单孔最大水量均小于310m/h ，现基本疏干；在切眼附近现已施工完毕顶板砂岩放水孔 3个（放 53、放 54、放 55），3单孔最大水量 0.1 m/h ，现基本疏干。该含水层是影响 M27煤层开采的直接充水水源。（2）三灰含水层根据 L0-2 、L1-1 钻孔资料，三灰含水层厚度 5.0m，三灰上距 M27 煤层平均 68.01m，属岩溶裂隙含水层，据地质报告资料，单位涌水量 q=0.01210.1338 L/s.m ，经钻探证实，三灰含水层具有富水性弱且不均一的特点。 -816m 轨道大巷及 12703 皮带顺槽三灰补勘单孔水量一般在 210 m3/h 。本面在运输顺槽导
19、线点P5 以里 5 米东帮钻机房内已施工完成三灰孔2 个（观 48、观 49），单孔最大水量均小于5m3/h ，3100 采区和 3200 采区各工作面回采期间均未出现三灰突水现象。依据 12703 皮带顺槽三灰观49 孔（现水压1.2Mpa），计算的三19灰“突水系数”为：Ts=P/（M-Cp） =0.054MPa/m式中， Ts突水系数（ MPa/m）P 隔水层底板承受的水压（ MPa）M 底板隔水层厚度（ m）Cp 采矿对底板隔水层的扰动破坏深度（ m）上式中各参数取值如下： P=3.14MPa；M=68.01m；Cp=10m；（3）涌水量预计M27煤层顶、底板砂岩水：2采用“大井法”
20、承压无压” 公式，大井半径按开采面积 131980m 来计算，计算水平为 -1000m。砂岩水水位取 -708m。K2H M M h02Q（3）Rlnr式中： K-渗透系数取 0.0579m/dM-含水层厚度取 7.4mH-水头高度取 292mFr-引用半径取=205mR-影响半径取 10HKr=10 292 0.0579 205=907.6mh0-动水位高度取 0计算得： Q = 21.7m 3/h据 12703工作面水文地质条件及相邻采区已回采工作面涌水量情况综合分析，预计该面正常涌水量为3360m/h ，最大涌水量为 100m/h 。2.3 巷道布置12703 工作面为一采区工作面, 巷
21、道沿煤层底板布置, 煤层厚6.50 米, 工作面东侧为皮带顺槽，西侧为轨道顺槽。202.4 采煤方法工作面开采采用走向长壁综合机械化放顶煤采煤方法， 采用全部冒落法管理顶板，后退式回采。2.5 冲击地压评价的范围该工作面井下位于一采区轨道大巷北翼，埋深大，煤层厚，具备发生冲击地压的以下几个客观条件：（1）煤层具有冲击危险。三煤煤层的煤质较脆，容易形成较大的集中应力和聚集较多的弹性变形能量，易发生脆性破坏。（2）顶、底板比较坚硬、厚度大。（3）开采深度大。 12703 工作面的开采深度约为 -850 -1090m，采深大，煤体应力高，当达到临界破坏条件时， 就可能发生冲击地压。（4）该工作面位于
22、王庄向斜盆地西翼，煤岩层主要为向东倾伏的褶曲构造，工作面内断层发育（现已探测到 19 条断层），在向斜轴部以及断层两侧为应力集中区，可能发生冲击地压。2) 12703 工作面冲击危险性评价：通过综合比较分析可知，12703 工作面冲击地压危险状态等级评定为强冲击危险性，冲击危险指数 Wt max Wt1 ,Wt 20.95 ，其中，地质因素影响为主要影响因素，工作面开采深度、 周围的采空区及煤柱、顶板中坚硬岩层距煤层距离等起主要影响作用。整体来讲，该面在回采过程中需要提高警惕， 又由于回采过程中会产生扰动， 使工作面前方煤体应力得到进一步叠加， 增大了发生冲击地压的可能性。3.3冲击地压发生可
23、能性指数诊断法评价发生冲击地压危险区的危险程度受到很多因素的影响，但是应力21状态和煤岩体的性质是最主要的因素，因此，评价中拟采用课题组提出的冲击地压发生的可能性指数诊断法为基本方法，以构造分析、 工程类比等为辅助方法进行综合研究。冲击地压发生可能性指数诊断法的基本内容和步骤为：（1）计算采动应力场分布规律；（2）测试和计算煤岩体的冲击倾向性；（3）计算应力和冲击倾向性各自对“发生冲击地压”事件的隶属度；（4）计算冲击地压发生的可能性指数；（5）诊断某一点冲击地压发生的可能性。3.3.1采动应力场分布规律根据经验和矿山压力分布的一般规律，在 12703 工作面的条件下，这一阶段采深平均950m
24、，工作面移动支承压力应力集中系数按2.0计算，则最大应力为 2.0 2.5 104950=47.5MPa，而煤层单向抗压强度为 1924MPa，应力比达到了1.98 2.5 ，远远超过了发生冲击地压的基本应力水平。3.3.2测试和计算煤岩体的冲击倾向性（1）M27煤层的冲击倾向性由表 1.1 知，煤层的弹性能量指数WET5.97 10.07, 具有强冲击倾向性。（2）顶板岩层冲击倾向性根据 12703 工作面综合地质柱状图（图3.1 ），应用顶板冲击能量计算方法（公式3-3 ）并结合基于此公式的岩层冲击地压发生可能性评价指标（表 3.6 ）对顶板各岩层冲击倾向性进行鉴定，根据经验，煤层开采后上
25、覆岩层的破裂高度约为煤层开采厚度的10 倍左右，且22考虑到具有冲击倾向性的岩层对工作面产生冲击影响的高度问题， 现取距 M27煤层垂直距离 100 米内的顶板岩层为分析对象， 鉴定结果如表 3.7 所示。Uwq=0.1026(Rt)2.5 h2/q 0.5 E（3-3 ）式中， Uwq 岩层冲击能量， KJ；Rt岩层单轴抗拉强度，MPa；E岩层弹性模量， GPa；q岩层单位面积所受载荷，MPa；h岩层厚度， m表 3.6岩层冲击地压发生可能性评价指标Uwq1515120120冲击倾向性无弱强表 3.7 岩层冲击地压发生可能性评价编岩层名单轴弹性单位厚度冲击能冲击倾向号称抗拉模量载荷h量指数性
26、（从下强度EqUwq往上）Rt1泥岩3150.0321.61.53无2细砂岩8450.37314.9150强3粉砂岩4230.2088.321.56很弱4泥岩3150.1969.823.13很弱5粉砂岩4230.2489.928.09很弱6泥岩3150.0442.22.46无7粉砂岩4230.0652.63.79无8泥岩3250.3316.550.53弱239粉砂岩4230.1255.010.09无10泥岩3150.24612.343.54弱11粉砂岩4230.1352.52.43无12泥岩3150.1346.713.08无由表 3.7 可知， M27煤层顶板岩层中距煤层距离约 1.6m 的细
27、砂岩具有强冲击倾向性（ Uwq =150），且由于该岩层相对于其它岩层比较坚硬，厚度大，抗拉强度较大，在采场上覆岩层活动中起主要的控制作用。又由于煤层具有冲击倾向性（较强） ，因此，该岩层很可能诱发冲击地压。3.3.3计算应力和冲击倾向性各自对 “发生冲击地压” 事件的隶属度应力对“发生冲击地压”事件的隶属度计算公式为：0.5Ic, Ic1.0应力隶属度 UIc =Ic-0.5, 1.0 Ic1.51.0, Ic 1.5式中， Ic=krH/c ，在 12703 工作面应力集中区域， k=2，Ic =45MPa/22 MPa=2.05。即采动应力对“发生冲击地压”事件的隶属度为：UIc = 1
28、.0冲击倾向性对“发生冲击地压”事件的隶属度计算公式为：0.5Wet, Wet 2.0倾向性隶属度 UWet = 0.133Wet+0.333, 2.0Wet 5.01.0, Wet 5.0式中， Wet 为弹性能指数。 12703 工作面 Wet 为 8.02 （取实验结果的平均值）。UWet=1.0243.3.4计算冲击地压发生的可能性指数可能性指数 U= (UIc+ UWet)/2=1.03.3.5诊断某一点冲击地压发生的可能性根据表 3.8 所示，初步确定某一点冲击地压发生的可能性。表 3.8冲击地压发生可能性评价指标U0-0.60.6-0.80.8-0.90.9-1.0可能性不可能可
29、能很可能能够在 12703 工作面 U=1.0，可判断出该面具备了发生冲击地压的应力条件，特别是在遇到断层、岩层强烈的断裂运动时，如果不提前采取防治措施，具有发生冲击地压的危险。4 工作面冲击地压危险性的多因素耦合评价与危险区划分冲击地压的发生与否主要取决于煤岩体的冲击倾向性、开采区的应力水平、关键岩层的运动以及构造活化等因素的综合作用。 而具有冲击倾向性的岩层是否发生冲击地压，则主要取决于下列因素：A. 冲击应力场机理：应力是否达到能够发生冲击地压的应力水平、高应力差水平以及分布规律；B. 关键岩层运动机理： 这里的关键岩层是指其运动可能引发冲击地压的岩层或岩层组。也可称其为冲击性岩层；冲击
30、性岩层分为单一岩层和组合岩层两类， 因此，需要研究单一冲击性岩层的运动效应和组合岩层空间结构的运动效应；C. 冲击性构造活化场机理：构造活化是诱发冲击地压的重要因素，例如，相邻的煤矿发生矿震与向斜构造和断层关系密切，工作面25接近这些构造时，必须提前做好卸压和防范工作。综合上述 A、B、C的研究结果，可以对冲击地压发生的可能性做出初步的评价。具体评价时， 首先采用岩层运动与矿山压力规律，结合 12703 工作面的开采条件， 确定出冲击地压的潜在危险区，然后采用应力分析法、矿山压力与地质评价法、工程类比法等方法，对潜在危险区危险性进行评价。4.1 12703 工作面煤岩结构与动力灾害( 冲击地压
31、和矿震 ) 关系评价诱发冲击危险的关键岩层分布及其与煤层位置的关系。我们以 12703 工作面附近的 98B1 钻孔柱状图为依据，分析煤层顶板中能够诱发冲击危险的关键岩层。分析 12703 工作面综合地质柱状图（图3.1 ）知，（1）距 3 上 煤层垂直距离较近的顶板岩层主要为粉砂岩与泥岩，且粉砂岩与泥岩相隔生成， 厚度都比较小，泥岩厚度大于粉砂岩厚度；（2）工作面顶板岩层中没有巨厚坚硬岩层的存在，距 3 上煤层垂直距离较远的顶板岩层主要为粘土和沙， 因此不可能诱发巨厚坚硬岩层断裂型矿震；（3）3上煤顶板直接顶砂质含量较高，主要是细砂岩，厚度较大，为 14.9 米，灰色，细粒砂状结构，成分以石
32、英、长石为主，含少量云母硅质胶结，分选好，含少量炭质暗色条带，水平缓波状层理，层理上含少量植物茎叶部碎片化石， 裂隙少许方解石充填。 且该坚硬岩层具有冲击倾向性，因此，受其影响可导致冲击地压危险性增加。4.2 12703 工作面地质构造与冲击地压关系的工程类比评价工作面地质构造是诱发冲击地压的因素之一，在向斜的翼部和断层的附近会造成煤岩局部应力集中，从而可能发生冲击地压。26古应力场作用下，向背斜轴部附近两翼区域是构造应力集中区域，如图 4.1 所示。受采掘活动的影响，一定条件下，图 4.1 中红色箭头区域极易发生冲击地压。强剪应力区图 4.1 向斜构造型冲击地压危险区域断层活化是岩层运动的一种特殊形式， 断层处岩层的不连续性导致
