硫磺沟煤矿采掘工作面冲击危险性评价及监测解危方案(最.doc

2022年-2023年建筑工程管理行业文档 齐鲁斌创作项目名称：硫磺沟煤矿采掘工作面冲击地压危险评价及监测解危方案项目负责人：蓝 航 研究室主任、高工、博士参加人员： 姓 名 职务、职称、学历 专业 负责项目内容 毛德兵 所长、研究员、博士 采矿 项目指导 刘少虹 博士研究生采矿 地应力测试冯美华 硕士、工程师 地球物理 物探 于海湧 所总工、教授、博士 采矿 报告审核 姚建国 研究员 力学 报告审核 报告编写：蓝 航、刘少虹、冯美华报告汇总：蓝 航报告审查： 报告批准：文件编号：目 录1 立项背景 11.1 矿井概况 11.2 地质概况 11.3 采掘工作面概况 21.4 “1.30”灾害描述 31.5 灾害原因分析 51.6 研究内容 62 +777～+665M水平地应力测试 82.1 空芯包体测量方法简介 82.1.1 地应力测量方法分类 82.1.2 应力解除法 92.1.3 空芯包体式应力解除法的基本原理 112.1.4 空芯包体应变计的结构 132.1.5 SDX定向仪 152.1.6 矿山压力监测分站 152.1.7 传感器围压率定机 162.1.8 地应力测量工作流程 162.2 硫磺沟煤矿地应力测量方案 182.2.1 测量地点的选取原则 182.2.2 地应力测点选取 192.3 硫磺沟煤矿地应力测量结果及分析 202.3.1 基础数据测量 202.3.2 地应力测量计算结果 202.3.3 地应力场特征分析 212.4 测试结论 243 （4-5）04工作面掘进地质构造探测 263.1 巷道侧向地质构造反射共偏移探测 263.1.1 基本原理及探测设备 263.1.2 探测方案设计 283.1.3 数据采集质量 293.1.4 数据处理 313.1.5 探测成果解释 323.2 （4-5）04皮带顺槽震波超前探测 353.2.1 探测方案设计 353.2.2 数据采集质量 353.2.3 数据处理 383.2.4 探测成果解释 393.3 （4-5）04工作面切眼震波超前探测 403.3.1 探测方案设计 403.3.2 数据采集质量 413.3.3 数据处理 423.3.4 探测结果解释 423.4 已揭露断层与推断断层的关系 433.5 探测结论 434 采掘工作面冲击地压危险性评价 454.1 冲击地压影响因素 454.1.1 煤岩冲击倾向性 454.1.2 地质因素 464.1.3 采掘技术因素 474.2 煤岩样物理力学性质及冲击倾向性测试 484.2.1 采样 484.2.2 测试结果 494.3 地质因素对冲击地压危险影响分析 544.3.1 开采深度 544.3.2 岩层结构 554.3.3 煤层结构 564.3.4 断层及褶曲 574.4 采掘技术因素对冲击地压危险影响分析 584.4.1 采掘工作面位置 584.4.2 采掘工艺影响 594.4.3 巷道支护方式 604.4.4 巷道层位 624.5 采掘工作面冲击地压危险性评价指标体系 634.5.1 评价指标选取 634.5.2 隶属函数求解 644.5.3 计算模型与结果分析 664.6 （4-5）02回采工作面冲击地压危险评价 664.7 （4-5）04工作面掘进冲击地压危险评价 694.8 回风上山延伸掘进冲击地压危险评价 724.9 副暗斜井延伸掘进冲击地压危险评价 745 防冲支护方案 785.1 现有支护系统存在的问题 785.2 防冲支护方案 785.2.1 （4-5）04皮带顺槽支护方案 785.2.2 （4-5）04切眼支护方案 805.2.3 回风上山支护方案 815.2.4 副暗斜井支护方案 825.3 防冲支护要求 845.4 支护系统吸能验算 855.4.1 动力显现能量估算 855.4.2 （4-5）04皮顺支护系统吸能验算 865.4.3 （4-5）04切眼支护系统吸能验算 875.4.4 回风上山支护系统吸能验算 885.4.5 副暗斜井支护系统吸能验算 895.5 迎头临时超前支护改进 896 监测方案 916.1 钻屑法监测 916.1.1 钻屑法判定冲击危险的主要原理 916.1.2 钻屑标准孔的布置方案 916.1.3 临界指标的确定 926.1.4 钻屑施工方法 946.2 顶板离层监测 977 解危方案及措施 987.1 大孔径卸压解危方法 987.1.1 煤体大孔径卸压原理 987.1.2 大孔径卸压施工参数 987.2 爆破卸压解危方法 1007.2.1 爆破卸压原理 1007.2.2 爆破施工参数 1007.3 解危效果检验 1037.4 解危流程 1037.5 过断层或破碎带区域的措施 1057.6 建议购置的设备 1068 结论及建议 107II1 立项背景1.1 矿井概况硫磺沟煤矿位于乌鲁木齐西部准南煤田头屯河区，头屯河中游之西侧，硫磺沟矿区中部，行政区划属昌吉市硫磺沟镇管辖。

井田东距乌鲁木齐约40km，东北距乌鲁木齐火车西站24km，北距昌吉市50km，向南可达庙尔沟、天山林场等地，均有沥青公路相通，交通便利1.2 地质概况硫磺沟煤矿位于准南煤田头屯河区阿克德向斜南翼，地层分别划归中侏罗统西山窑组与头屯河组，其上被第四系冲洪积、坡积物等覆盖西山窑组下段（J2x1）为主要含煤段，厚146～182m，以湖沼相沉积为主岩石组合为灰-灰黑色细砂岩、粉砂岩、泥岩、炭质泥岩与煤含煤3～7层，主要可采3层，即4-5，7，9-15号煤层,可采煤层总厚35.74～48.20m煤层间由细砂岩、泥质粉砂岩、粉砂质泥岩为主组成，其次局部夹薄层炭质泥岩，具旋回结构，其层间接触均为整合接触其余为不稳定的不可采或局部可采煤层西山窑组上段（J2x2）为不含煤段，厚130～150m，以河湖相沉积为主岩石组合为灰-灰绿色砂砾岩、砂岩、粉砂岩、泥岩及少量炭质泥岩与薄煤组成不含可采煤层头屯河组下段（J2t1）属干旱环境下的河湖相与山麓相沉积，厚260m岩石组合为杂色粉砂岩与泥岩、中粗粒含砾砂岩等矿井目前开采煤层为4-5煤层，煤质为41号长焰煤，为黑色，条痕为黑褐～褐黑色，光泽一般为油脂光泽，少部分为沥青光泽，比重和硬度中等，性脆，节理裂隙比较发育，断口以参差状断口为主，结构多成条带状结构。

属于低灰、特低硫、低磷、中高发热量富油煤层，是良好的动力炼油用煤和民用煤4-5煤层厚度5.5～6.8m，平均厚度为6.15m，煤层全区发育，较为稳定，自东向西略有增厚，沿倾向方向深部有变薄的趋势，多以单一煤层发育，中部变为有结构煤层，一般含夹矸1层，为较稳定煤层补勘三维地震勘探查出断层10条，可靠断层6条，较可靠断层4条其中落差≥50m的断层2条，落差20m≤H＜50m的断层2条，落差10m≤H＜20m的断层2条，落差5m≤H＜10m的断层4条详见断层统计情况见表1-1表1-1 断层统计表断层名称性质走向倾向倾角(°)长度(m)断层落差(m)控制程度FD1逆NESE50～5510000-75可靠FD2逆NESE50～601300-23可靠FD3逆NESE602800-13可靠FD4逆NESE55～607500-25可靠FD5逆NNE-NSE50～602100-7较可靠FD6 正E-NEENW50～553000-10可靠FD7 正NENW60～70900-5较可靠FD8正NNENNW501700-5较可靠FD9 正NENW60～708000-55可靠FD10 正EN55～602800-5较可靠1.3 采掘工作面概况（4-5）04工作面为硫磺沟煤矿（4-5）02工作面的接续工作面，走向长度2750m，工作面长度180m。

位于矿井西翼，布置在4-5煤层中，（4-5）02工作面北部，与（4-5）02工作面皮带顺槽水平距离36.8m，开切眼距矿区边界150m此外，还有三条下山巷道在向深部延伸，包括集中回风上山延伸、主暗斜井延伸和副暗斜井延伸，其中集中回风上山延伸和副暗斜井延伸布置在4-5煤层中，主暗斜井延伸布置在9-15煤层中各采掘工作面位置如图1-1所示图1-1 硫磺沟煤矿各采掘工作面相对位置图（4-5）04工作面井下标高+700～+777m，工作面顺槽沿4-5煤层底板进行掘进，4-5煤层稳定，顶板以粉细砂岩为主，富水性强，底板多为泥岩、粉砂岩工作面总体为一单斜构造，倾向北西，工作面煤层倾角19º，掘进期间共揭露9条断层，断层为FD15～FD23，断层均为逆断层，落差0.9～8.8m，对工作面回采具有一定影响煤层顶底板柱状如图1-2图1-2 煤层综合柱状图1.4 “1.30”灾害描述2013年1月30日早班，掘进一队5名工人完成第一循环后，前移前探梁，并上网准备联网，15时52分一声煤炮，瞬间上帮和迎头左肩窝处抛出大量煤体，将上帮3人埋住，事故共造成2死1伤灾害发生时，煤炮响声较大，在造成顶板冒落的同时，综掘机被颠动，巷帮炸帮。

煤炮发生时，该段巷道顶板、底板和两帮围岩的震动显著图1-3为本次灾害顶板冒落断面素描a)(b)(c)图1-3 “1.30”动力灾害顶板冒落断面素描(a)平面图(b)横剖面图(c)走向剖面图1.5 灾害原因分析根据调查组专家意见，造成本次灾害的主要原因有：（1）对硫磺沟煤矿地质构造应力认知不足，在生产实践中，对地质构造应力危害程度评估、存在发生机理、超前预控方案研究不够、不深2009年进行了+860m、+796m水平地应力测试，垂直应力大于最大水平应力，为1.0～1.42倍，最大水平应力为最小水平应力1.35～1.82倍4-5)04工作面两顺槽标高为+777m、+700m，随着向西部掘进，炸帮、片帮、煤炮现象增多，矿方高度重视，多次组织专业人员讨论分析，并咨询了相关专家学者，当时分析认为这些现象的原因可能是随着矿井延伸，地应力增加引起的，可以通过卸压方式解决，没有从构造应力场进行更深入细致的分析和研究虽然矿井先后应用了综掘机截割刨头钻进卸压、改变截割工艺循序卸压、钻孔卸压、爆破卸压等方法，并根据实践效果确定了爆破和钻孔卸压相结合的方法，安全掘进了1000m左右，但是还是没有避免灾害的发生。

根据本次专家组分析：矿井地质报告说明了井田位于北天山强震断裂带上，地震活动以强度大、频率高、小震较多为特征，属Ⅷ级地震烈度区另外（4-5)04工作面掘进期间共揭露9条断层，断层为FD15～FD23，断层均为逆断层（由水平应力挤压形成的），落差0.9～8.8m说明该矿井地层及构造处于受地震影响区域，存在较大的水平构造应力根据新疆地震信息网报道1月31日10时29分玛纳斯县发生3.6级地震，邻近地区在1.30事故次日发生地震表明该地区存在大的构造运动本次煤体在掘进暴。