工作面塌陷总结.docx

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工作面塌陷总结

20101综采工作面顶板垮落总结

生产技术科

2014年1月8日

20101综采工作面顶板垮落总结

第一节工作面地质说明书

工作面回采地质说明书

工作面情况

煤层名称

2-2上煤

水平名称

一水平

采区名称

201盘区

工作面

名称

20101

地面标高（m）

+1195～+1237

+1216

工作面标高（m）

1119～1135

+1127

地

表

地

貌

概

况

地面为沟壑地带，东部较平缓，东高西低，回撤通道地表冲沟较发育。

工作面地表主要为波状沙丘地貌，地势平缓，植被覆盖良好，整体地势南高北低。

工作面回撤通道附近有一条冲沟。

工作面地表共有住户6户，工作面回采范围内有一趟供电线路及一趟通信光缆经过，在回采至该位置之前需要对其采取相应保护措施。

工作面地表高程范围：

+1195m～+1237m，煤层埋深厚度60～118米，平均埋深89米。

由于工作面范围内地质钻孔稀少，预计上覆基岩厚度50～90米，松散层厚度5～21米。

井下位置及四邻采掘情况

20101工作面位于2-2上煤201盘区北部为首采工作面，北临原杨昌湾煤矿、马不如湾煤矿、三卜树煤矿，南临20102工作面（未形成），东部为部分实体煤与三岔镇煤矿井田边界相邻。

西临停采线距井田大巷保护煤柱420m。

回采对地面设施的影响

从井上下对照图上看出，工作面回采过程中主要对地面的水源井供电线路、通信光缆存在影响，地面道路为简易土路，可以通过采后填埋的方法进行治理。

地面有6户村名，均已变迁。

存有部分高压线路。

工作面几何尺寸

走向长

（M）

1985

倾斜长

（M）

295

面　积（M2）

585575

煤

层

情

况

煤层

总厚（m）

2.13～6.25

3.78

煤层

结构

简单

煤层倾角（°）

1～3

1

可采率（％）

100

变异系数（%）

34

稳定程度

稳定

本工作面所采煤层为延安组第四段上部2-2上煤层，该面煤层厚度2.45M－3.11M，平均2.8M，属中厚煤层,倾角1°－3°，平均1°，属缓倾斜煤层。

一般不含夹矸或含矸一层，局部含矸两层。

煤类以不粘煤（BN31）为主,块状、沥青光泽、条痕为褐黑色、棱角状、参差状断口、条带状结构、内生裂隙发育，属半暗-半亮型煤。

煤质情况

Mt

%

Ad

%

Vdaf

%

Qb·ad

卡/克

Pd

%

St.d

%

ARD

工业牌号

8.26

7.80

36.59

6358

0.003

0.35

1.30

BN1

Mｔ－—全水分　　　Aｄ－—灰分　　　Vｄａｆ－—可燃基挥发分

　　Qb.ad——发热量　　　Pd－—磷　

Sｔｄ－—干基全硫　　　ARD－—容重

煤层

顶

底

板

情

况

顶底板名称

岩石名称

厚度（m）

岩性及物理力学性质

老　顶

中粒砂岩

7.61

浅灰、灰白色。

以石英为主，次为长石和少量暗色矿物，泥质胶结。

直接顶

细粒砂岩

1.25

浅灰色，夹炭质纹层及炭屑。

并含炭化植物茎化石碎片。

煤层

2-2上煤

3.18

宏观煤岩类型：

0.05<半暗型>0.02<泥岩>0.25<半暗型>0.30<半亮型>1.59<半暗型>0.33<半亮型>0.40<半暗型>0.30<暗淡型>0.10<半暗型>.

直接底

粉砂岩

0.67

深灰色，含植物根和茎化石，夹部分2-2上煤，煤厚0.35米，微波状层理。

老　底

细粒砂岩

3.12

灰白色，泥钙质胶结，夹炭屑及炭质纹层。

地

质

构

造

情

况

该工作面地质构造简单，整体表现为东高西低的单斜构造，存在次一级波状起伏，煤层倾角约0～3°，平均倾角1°。

工作面内2-2上煤厚2.45～3.11米，为中厚煤层。

根据该工作面两条顺槽掘进实际揭露情况，该工作面无断层，无其它有影响的地质构造，回采范围内两顺槽及切眼范围内均有破底现象，最厚0.8米，对工作面回采及煤质存在一定影响。

（详见两顺槽地质剖面图）

水

文

地

质

情

况

一、水文地质条件

1.含隔水层特征

对本工作面回采存在影响的含水层主要为直罗组底部砂岩和2-2上煤层顶板砂岩含水层，本含水层段主要为灰绿、灰色、灰白色中粗粒砂岩、深灰色粉砂岩。

直罗组底部砂岩和2-2上煤层顶板砂岩含水层主要接收区域侧向补给和地下水的渗透补给，补给条件差。

2-2上煤层顶板砂岩含水层厚0～38.27m，平均厚13.3m，裂隙较发育，在井田的西部及西南部砂岩较为稳定。

据抽水试验：

单位涌水量0.00216l/s·m，渗透系数0.00577m/d，水位标高1178.48m（水7-6），为潜水，矿化度0.194g/l。

本含水层段富水性弱，渗透性较差。

工作面地表无河流、湖泊等水体。

本工作面上方主要存在直罗组底部砂岩和2-2上煤层顶板砂岩含水层以及上覆1-2煤层原杨昌湾煤矿采空区积水，采空区积水对工作面回采存在一定威胁。

根据两顺槽掘进过程中揭露情况，回风顺槽、主运顺槽范围内及切眼范围内顶板淋水较大，鉴于以上情况，特在以上顶板淋水较大区域进行探放水工程，对工作面顶板上方含水层水及1-2煤层采空区积水进行疏放。

2.相邻采面涌、积水情况

北部与原杨昌湾煤矿采空区相邻，采空区内有少量积水，南部为20101工作面（未形成）。

20101工作面掘进期间最大涌水量为6m3/h，正常涌水量为3～5m3/h。

3.地质构造含、导水情况分析

工作面内无大的地质构造带，根据我矿在10101工作面回风顺槽与原杨昌湾煤矿采空区贯通，并对其部分采空区进行实测，20101工作面上覆存在原杨昌湾煤矿采空区，工作面回采至采空区附近，导水裂隙带将导通采空区，工作面涌水量将有增大的可能。

4、工作面内及周围钻孔

20101工作面范围内有306号钻孔，封孔质量合格。

5、涌水形式分析

预计回采期间涌水形式为顶板淋水及采空区涌水，以采空区涌水为主。

二、回采期间涌水量预计方法及预计涌水量

1.计算方法

采用大井法计算涌水量。

Q=1.366K（2H-S）S

lgR0-lgr0

式中:

K为渗透系数;S为水位降深;r0为系统半径;

R0为影响半径;H为含水层厚度;Q为正常涌水量。

2.2工作面涌水量计算

工作面最低标高为-1119m,2-2上煤层顶板砂岩水为潜水含水层,

S=13.3mH=13.3m;

K=0.00577m/d;

r0=639.8R=7.368

R0=r0+R=647.168m。

将有关数据代入上述公式得:

Q=284m3/d=11.8m3/h。

3.涌水量确定

综合考虑确定工作面正常涌水量11.8m3/h，最大涌水量14.2m3/h。

不包括原杨昌湾煤矿采空区积水。

预计

方法

综合因素

确定法

最大涌水量

14.2m3/h

正常涌水量

11.8m3/h

其

它地质情况

瓦斯

属氧化带煤层，甲烷含量接近于零

煤尘

煤尘具有爆炸性，爆炸指数40%

煤的自燃

属于自然发火煤层

地温

正常

（属地热正常井田）

地压

正　常

储

量计算

块段号

走向

长（m）

倾斜

长（m）

面积

（m2）

煤厚

（m）

视密度

（t/m3）

基础

储量

（万t）

回采

率

（%）

可采

储量

（万t）

Ⅰ

1985

295

585575

2.8

1.30

213

97

207

计算范围

东起切眼内帮，西至设计停采线，北到20101回风顺槽内帮，南至20101皮带运输巷内帮。

计算方法

根据《生产矿井储量管理规程》中储量计算公式块段法计算储量。

块段平均煤厚根据工作面两顺槽实测煤厚计算，合计平均煤厚根据快段平均煤厚取煤厚加权计算。

问

题

及

建

议

1、地面供电线路、通信光缆在工作面回采前进行及时加固，工作面稳定后及时进行维修。

2、工作面地表存在几条简易道路，一般行车量不大，工作面回采至该位置时需要及时设置警戒，回采后要及时进行修复。

3、工作面回采前必须完成进、回风巷防、排水系统，并经试运转确认设备可靠后方可进行回采。

4、要及时进行采空塌陷区调查，特别是雨季期要增加调查次数，发现问题要及时进行整改。

5、工作面回采前工作面内架设一趟排水管路，并备用一趟排水软管，增设两台不小于25m3/h的潜水泵，及时抽排工作面积水，以防止水害事故发生。

6、工作面回采前进行探放水工程，明确原昌湾煤矿采空区与工作面关系，探明采空区积水情况及含水层富水情况。

提前进行疏放，保证工作面的顺利回采。

第二节工作面顶板初次来压分析

20101综采工作面为我矿井201盘区首采工作面，根据近年来孙家岔龙华煤矿矿井顶板情况，普遍直接顶较厚，基岩厚度较薄，一般为30～40m，综采面实行初放后，可以实现随采随冒，基本充填了采空区。

但是2011-2012年先后回采的1-2煤、3-1煤初次放顶，由于老顶为砂岩，强度比较大，造成初次来压步距与以往工作面所测步距发生较大偏差，给安全生产造成了影响，虽经过多次放顶及采取安全措施，但是放顶期间及初次来压前的安全风险仍较大。

因此，通过理论分析，确定初次来压的步距范围，可对安全生产起到指导作用。

顶板岩层条件

根据矿井306#柱状图显示，工作面是整体性强的中砂岩、细砂岩组成的来压强烈的坚硬顶板，最大厚度18m左右，工作面长300m，顶板柱状图如图1所示。

煤层的埋藏深度75～95m，平均90m；中砂岩的抗拉强度σt=10MPa，抗剪强度τ=25MPa；细砂岩的抗拉强度σt=11.8MPa，抗剪强度τ=36MPa；覆岩容重按=0.025MN/m3计算。

工作面初次来压步距的计算

1）按整层12m中砂岩老顶（基本顶）的情况考虑。

此时，因砂岩顶板厚度太大，在初次来压之前，考虑为嵌固厚梁模型较为恰当。

按嵌固厚梁的拉破断考虑时，初次来压步距为：

L0l=h•（2•σt/q）1/2.

=12×[2×10/（16.41×0.025）]1/2（载荷厚度按刚度、厚度公式估计）

=84m.

L0l-来压步距h-高度σt-压应力q-分布载荷集度

考虑，顶板初次来压步距较长，矿提前安排，在20101工作面切眼中线位置，呈一字形与切眼平行布置了强制放顶眼，孔深20米，垂深10米，倾角30°，孔间距6米，成孔直径为90mm，共设计钻孔58个，包括两顺槽超前布置钻孔8个及两端头2个。

目的采用爆破的方式人为地将顶板破坏，使顶板冒落一定厚度形成矸石垫层。

切断顶板可以控制顶板冒落面积，减弱顶板冒落时产生的冲击波，形成矸石垫层则可以缓和顶板冒落时形成的冲击波及暴风。

（详见20101综采工作面强制放顶安全技术措施）

第三节工作面顶板初次来压过程

2013年12月11日，20101工作面开始回采，推进4米，割煤5刀后，停止推采装药，现场由公司安全环保部部长曹国选同志监察，综采队相关领导及作业人员进行装药，装药前由矿领导指挥作业人员清理顶板离层，瓦检员检查气体情况，经过安全确认后，工作面开始装药，经过7个小时后，装药完成，共计装药43个钻孔，其中有3个钻孔由于孔内变形，未进行装药。

待工作面人员全部撤离至，201盘区辅运大巷后，瓦检员再次检查工作面气体情况，无异常向调度室汇报，经矿长同意，工作面进行了爆破放顶。

放顶后待炮烟吹尽，人员进入工作面观察顶板垮落情况，7#架—17#架、72#—75#架处顶板未垮落，其余支架后基本被垮落的矸石封堵，高度达2-3米左右。

工作面开始正常推进，最终在机头进尺88米，机尾进尺83.5米处，地面出现塌陷裂隙，老顶初次断裂、来压，落差20-50mm，宽度50mm左右，塌陷范围平行工作面切眼30-280米段。

以下为推采过程中，采取的相应措施：

1、推进20米时，顶板情况：

1#架—12#架采空区顶板未跟随支架垮落，12#架—75#架采空区顶板未垮实，75#架到机尾采空区顶板垮实。

2、推进25米时，顶板情况：

机头到75#架采空区顶板未跟支架垮落，采空区空顶5-8米，75#架到机尾采空区顶板垮落正常；工作面采取割煤不拉架措施，防止人员无意识、工作面设备噪音大，造成顶板垮落伤人事故。

3、推进33米时，顶板情况：

机头至60#架采空区顶板未跟随支架垮落，空顶6-10米左右，工作面采取割煤不拉架措施，由2-3人支架工，进行每30副支架逐步同时降架操作，释放支架支撑力，其余人员全部撤至主运顺槽转载机处，通过降架处理，10#-60#架顶板垮了3m-4m。

4、推进42米时，顶板情况：

1#—10#架顶板未跟、最大空顶距约15米，160#—173#顶板未跟、最大空顶距约10米，其余支架采空区全部垮落。

工作面采取割煤不拉架措施，进行支架逐步同时降架操作，顶板无响动。

5、推进50米时，顶板情况：

机头到40#架采空区顶板空顶5米—10米，40#—60#架采空区顶板空顶1米—2米。

60#-70#架顶板响声较大，支架无压力显现。

工作面采取割煤不拉架措施，进行支架逐步同时降架操作，顶板无响动。

工作面组织在机头至60#架架间，施工强制放顶孔，每8副支架施工一个孔，方位垂直切眼，倾角30°，孔深20米，成孔直径90mm，进行第二次强制放顶。

放顶情况：

机头至30#架采空区垮落2-3米,31#-60#架垮落3米以上。

6、推进59米时，顶板情况：

机头至10#架顶板没有垮落，空顶7-8米；10#-30#架段部分尾梁垮落。

工作面采取割煤不拉架措施，进行支架逐步同时降架操作，顶板无响动。

工作面组织在机头至60#架架间，施工强制放顶孔，每8副支架施工一个孔，方位垂直切眼，倾角35°，孔深30米，成孔直径90mm，进行第三次强制放顶。

放顶情况：

1#-38#架全部垮落，38-46#架垮落1米，46#-机尾架全部垮落。

7、推进71米时，顶板情况：

机头1#—65#架采空区顶板未垮实，空顶3米，机尾169#-173#架采空区顶板未垮落，空顶6米，80#—140#架支架压力偏大，压力表显现30-35Mpa。

8、推进75米时，顶板情况：

机头至65#架顶部全部垮落，尾梁已全部压住，顶板不间断性垮落较好。

支架压力显现25-35Mpa。

9、推进88米时，顶板情况：

25#-150#架段顶板压力响动较大，70#-80#架安全阀动作。

支架压力显现25-45Mpa，架间有淋水。

地面观测有裂隙，证明老顶初次来压。

第四节工作面顶板初次总结

20101综采工作面，顶板初次来压步距为88米，在不间断推采过程中坚持，割煤不拉架，对支撑支架进行释压，强制放顶减小采空区空顶面积等安全措施，最终工作面安全进入回采阶段。

在本次顶板初次来压过程中，首次强制放顶，对顶板预裂效果不理想，破坏面积较小，即下一步生产技术科，进一步调整强制放顶炮眼布置角度、深度，更大限度的破坏顶板完整性，较小顶板初次来压步距，降低推采过程中的安全隐患。