长城三矿1906N掘进工作面冲击危险性评价及防冲设计(修编)

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1、汇报人：王常彬 助理研究员牟宗龙 教授/博导完成单位：中国矿业大学鄂托克前旗长城三号矿业有限公司汇报日期：2023 年9 月24 日鄂托克前旗长城三号矿业有限公司1906N掘进工作面冲击危险性评价及防冲设计汇报提纲一、矿井及工作面概况二、冲击地压危险因素分析三、冲击危险性综合指数评价四、冲击危险区域划分五、冲击危险区监测预警方案六、冲击危险区防治设计方案七、巷道支护设计防冲安全性分析八、主要结论立项背景 立项依据：煤矿安全规程（2022 年）防治煤矿冲击地压细则（煤安监技装2018）当由于地质条件揭露或开采条件变化等原因导致采区开采方案发生变化时，应对新方案重新进行冲击地压危险性评价，并提交相

2、关评价和防冲设计修改补充报告。立项背景：1906N 轨道巷由沿空留巷 变更为与1905N 运输巷之间留设4m 小煤柱掘进，掘进设计发生了较大变更；1906N 运输巷N29点前8m 揭露落差46m 的正断层，掘进区域地质条件 发生了较大变化。停 采 线 位 置NH=1.1m 80 H=0.6m 60 H=1.6m4 5 7507006506005505004504004501906N工作面1906N运输巷1906N轨道巷1905N采空区开切眼326m640.3m721.7m43.3m240.9m 500m 86.9m32.4m340.8m55.7m 4.0m H 7.0m 52H=2.2m 56

3、 H=0.7m 35 采 矿 许 可 证 证 号：C1500002022071110153957 XF14 56H=0 10m XF12 56H=0 6m XF2 56H 46m XF15 56H=0 6m 工 广 保 护 煤 柱1906N工作面变更前平面图1906N工作面变更后平面图立项背景一、矿井及工作面概况 井田范围南北长4.2km11.8km，东西宽07.0km，面积46.89km2。设计生产能力500万吨/年，9煤层厚度1.20m6.31m，平均3.84m。长城三矿划分了两个水平，分别是+550m 水平 和+260m 水平，开采3煤和9煤。矿井概况一、矿井及工作面概况 1906N 工

4、作面位于+260m 水平二采区北翼。工作面西侧为1905N 采空区，东侧为实体煤，南侧为工业广场煤柱，北侧为井田边界煤柱。1906N 掘进工作面包含：1906N 轨道巷、1906N 切眼 与1906N 运输巷。工作面概况停 采 线 位 置NH=1.1m 80 H=0.6m 60 H=1.6m 45 7507006506005505004504004501906N工作面1906N运输巷1906N轨道巷1905N采空区开切眼326m640.3m721.7m43.3m240.9m 500m 86.9m32.4m340.8m55.7m 4.0m H 7.0m 52H=2.2m 56 H=0.7m 35

5、 采 矿 许 可 证 证 号：C1500002022071110153957 XF14 56H=0 10m XF12 56H=0 6m XF2 56H 46m XF15 56H=0 6m 工 广 保 护 煤 柱一、矿井及工作面概况 1906N 轨道巷变更为与1905N 运输巷留设4m 小煤柱，并向北延伸326m；1906N 切眼长度340.8m（平距），由运输巷向1906N 轨道巷掘进；1906N 运输巷与1906N 轨道巷平行布置，由9 煤辅运联络巷开口，向切眼方向掘进，全长1400m；1906N 运输巷外段自9 煤主暗斜井Z13 点后25.57m（平距）开门，全长500m。工作面概况采 矿

6、 许 可 证 证 号：C1500002022071110153957XF2 56H 46m 工 广 保 护 煤 柱停 采 线 位 置N1906N工作面1906N运输巷1906N轨道巷1905N采空区一、矿井及工作面概况 1906N 工作面巷道沿9 煤 顶板掘进，煤层结构较复杂，赋存稳定，埋深560750m，平均煤厚5.53m。煤层直接顶为 灰岩，厚1.5 2.3m，平均1.8m；大部分区域发育一层厚约0.5m 的泥质粉砂岩 伪顶。底板粉砂岩，呈深灰色，粉砂质结构，块状构造，层理不明显，厚度3.54.5m。工作面煤层及顶底板情况1508钻孔柱状图一、矿井及工作面概况 1906N 位于一简单的单斜

7、构造，由北至南岩层走向1415，。煤层产状变化不大，基本稳定，无明显次一级褶曲；1906N 工作面中部和南部断层发育，1906N 轨道巷过落差0.61.6m的小断层，1906N 运输巷过落差越46m 的大断层。工作面地质构造停 采 线 位 置NH=1.1m 80 H=0.6m 60 H=1.6m 45 7507006506005505004504004501906N工作面1906N运输巷1906N轨道巷1905N采空区开切眼326m640.3m721.7m43.3m240.9m 500m 86.9m32.4m340.8m55.7m 4.0m H 7.0m 52H=2.2m 56 H=0.7m

8、35 采 矿 许 可 证 证 号：C1500002022071110153957 XF14 56H=0 10m XF12 56H=0 6m XF2 56H 46m XF15 56H=0 6m 工 广 保 护 煤 柱一、矿井及工作面概况 1906N 掘进工作面巷道设计采用综掘工艺，沿9煤顶板掘进掘进工艺巷道支护方式巷道中心线20002000800800800800800800 518 250800800800800800800 518 250228300mm 锚索222400mm锚杆500052003800 200B1400500 1800200风 筒 单轨吊中心线150041001500单轨吊

9、中心线18005747风 筒巷道中心线228300mm 锚索锚杆：222400mm400 1200 1200 1200 250 839520039004100400 1200 1200 324100 10024001100 1100 1100 1100 1100 123 123B140050054001906N运输巷过断层段1906N运输巷永久支护 1906N轨道巷 1906N开切眼3008联钩小线300 1500巷道中心线228300mm 锚索锚杆：222400mm400 1200 1200 1200 253 8005000390041001200 1200 323100 100240052

10、00367 1200 1200 1200 1200 3674001850锚杆：222400mm40502003800切眼中心线2000单体 液压支柱单 体液压支柱850087002000 2000 2525金属菱 形网双 向拉伸塑料 网螺纹钢 锚杆22L2400mm350 350风 筒电缆供水管供风 管130023502400 1900 4200锚索：228300mm20201000 1000 1000 1000 1000 1000 10001000 1000 1000 600 2501000 250 20020201000 1000 1000 600 250开采侧开宽边界线5500 3000

11、1000汇报提纲一、矿井及工作面概况二、冲击地压危险因素分析三、冲击危险性综合指数评价四、冲击危险区域划分五、冲击危险区监测预警方案六、冲击危险区防治设计方案七、巷道支护设计防冲安全性分析八、主要结论二、冲击地压危险因素分析 1906N 工作面埋深560790m，对应冲击地压发生指数Wt最大约为0.080.53，开采深度工作面冲击地压危险的影响较大。开采深度煤层赋存特征 1906N 工作面掘进区域煤层赋存稳定，平均煤厚5.53m，厚度不存在急剧变化，煤层厚度变化对冲击危险 影响较小。300 400 500 600 700 800 9000.8WtH/m10000.70.60.50.40.30.

12、20.10二、冲击地压危险因素分析 长城三矿9 煤及其顶板具有弱冲击倾向性，9 煤底板 为 无冲击倾向性岩层，已具备发生冲击地压的条件。煤岩冲击倾向性单轴抗压强度Rc/MPa弹性能量指数/WET冲击能量指数/KE动态破坏时间DT/ms样别煤样编号19.23 7.72 0.67 540 19煤11.97 12.01 0.96 595 211.45 5.83 1.78 620 38.64 6.04 1.10 440 49.30/0.84 235 512.12 7.90 1.07 486 平均值弱 强 无 弱 冲击倾向性判定弱冲击倾向性 综合评判结果弯曲能量指/kJ抗拉强度/MPa弹性模量/GPa载

13、荷/MPa项目样别107.25 3.59 20.02 0.752 顶板弱冲击倾向性综合评判结果弯曲能量指数/kJ抗拉强度/MPa弹性模量/GPa载荷/MPa项目样别3.58 2.96 18.42 0.087 底板无冲击倾向性综合评判结果二、冲击地压危险因素分析顶板岩层特征 根据1508 钻孔计算出顶板厚度特征参数平均值为7750，顶板岩层特征对1901S 掘进工作面冲击危险有 一定影响。根据1508 钻孔，1906N 工作面煤层上方61.35m 处存在一层厚度为20.1m 的中细砂岩。因此，厚硬顶板岩层对1906N 沿空巷掘进冲击危险的影响较大。二、冲击地压危险因素分析 1906N 工作面中部

14、和南部断层发育，1906N 轨道巷过落差0.61.6m的小断层，1906N 运输巷过落差越46m的大断层，断层是1906N 掘进工作面冲击危险的 重要影响因素；1906N 工作面位于一简单的单斜构造，不存在向斜或背斜构造。因此，褶曲对1906N 掘进工作面冲击危险的 影响较小。地质构造停 采 线 位 置NH=1.1m 80 H=0.6m 60 H=1.6m 45 7507006506005505004504004501906N工作面1906N运输巷1906N轨道巷1905N采空区开切眼326m640.3m721.7m43.3m240.9m 500m 86.9m32.4m340.8m55.7m

15、4.0m H 7.0m 52H=2.2m 56 H=0.7m 35 采 矿 许 可 证 证 号：C1500002022071110153957 XF14 56H=0 10m XF12 56H=0 6m XF2 56H 46m XF15 56H=0 6m 工 广 保 护 煤 柱二、冲击地压危险因素分析 最大水平主应力的走向平均为265.29，总体近似于东西向，基本与区域构造应力场最大主应力的方向一致。1906N 工作面两次顺槽近似于南北向布置，与最大水平主应力近似垂直，水平应力对巷道的影响较大，不利于巷道的稳定与维护。地应力测点号 深度/m 最大主应力（max）中间主应力（mid）最小主应力（m

16、in）数值/MPa 方向/倾角/数值/MPa 方向/倾角/数值/MPa 方向/倾角/1 355 16.27 266.98-6.04 8.23 24.53-77.12 7.85 175.76-11.33 2 454 22.64 269.21-5.54 11.42 33.15-80.14 10.99 178.42-8.13 3 959 35.71 259.67-20 21.60-87.58 69.53 16.71 171.19 4.16 长城三矿各测点主应力计算结果二、冲击地压危险因素分析 1906N 工作面轨道巷侧为1905N 工作面采空区，处于一面采空状态，对1906N 轨道巷掘进冲击危险 有

17、一定影响。采空区 1906N 工作面两巷 沿9 煤顶板布置，留有厚0.81.9m 的底煤，且受断层构造 等影响，巷道局部可能存在留设底煤的区域，若1906N 工作面留底煤，应对留底煤区域采取底板卸压专项治理措施。底煤留设 1906N 轨道巷延伸段向切眼方向掘进，与切眼贯通；1906N 运输巷外段与1906N 运输巷贯通；1906N 运输巷掘进与9 煤回风巷、9 煤辅运巷等 交叉，在巷道交叉及贯通区冲击危险性较大。巷道贯通及交叉汇报提纲一、矿井及工作面概况二、冲击地压危险因素分析三、冲击危险性综合指数评价四、冲击危险区域划分五、冲击危险区监测预警方案六、冲击危险区防治设计方案七、巷道支护设计防冲

18、安全性分析八、主要结论三、冲击危险性综合指数评价地质因素取值 实际条件 因素说明 因素 序号0根据长城三矿提供的资料，自建井以来未发生过冲击地压同一水平煤层冲击地压发生历史（次数/n）W11运输巷：2切眼：2轨道巷延伸段：1轨道巷沿空段：1运输巷680790m切眼560680m轨道巷延伸段560566m开采深度h W22运输巷：/切眼：/轨道巷延伸段：/轨道巷沿空段：11906N轨道巷沿空段取1；实体煤巷道掘进不考虑该测评指数上覆裂隙带内坚硬厚层岩层距煤层的距离dW330=7.4%10%开采区域内构造引起的应力增量与正常应力值之比 W442 煤层顶板岩层厚度特征参数Lst平均=77煤层上方10

19、0m范围顶板岩层厚度特征参数LstW551 Rc=12.12MPa 煤的单轴抗压强度RcW663 WET=7.9煤的弹性能指数WETW77运输巷：0.44，弱冲击切眼：0.44，弱冲击轨道巷延伸段：0.39，弱冲击轨道巷沿空段：0.38，弱冲击Wt1=Wi/Wimax危险等级评价三、冲击危险性综合指数评价开采技术因素取值 实际条件 因素 序号/工作面不涉及保护层开采 W11/工作面不涉及保护层开采 W22运输巷：0；切眼：0轨道巷延伸段：1；轨道巷沿空段：1运输巷、切眼实体煤掘进轨道巷沿空段、轨道巷延伸段受1905N采空区影响W33/工作面掘进过程不考虑此项测评 W44运输巷：0；切眼：0轨道

20、巷延伸段：0；轨道巷沿空段：1运输巷、切眼、轨道巷延伸段实体煤掘进，取0；轨道巷沿空段区段煤柱4m，取1W55运输巷：2；切眼：2轨道巷延伸段：2；轨道巷沿空段：2沿顶掘进，留设不超过2m的三角底煤 W66运输巷：0；切眼：0轨道巷延伸段：0；轨道巷沿空段：31906N工作面轨道巷沿空段向采空区掘进，取3；1906N工作面运输巷、切眼、轨道巷延伸段均为实体煤掘进，取0W77/工作面掘进过程不考虑此项测评 W88运输巷：3；切眼：0轨道巷延伸段：0；轨道巷沿空段：0运输巷揭露落差46m的断层切眼、轨道巷延伸段不揭露断层W990 无煤层倾角剧烈变化的向斜或背斜 W10100 无煤层侵蚀、合层，煤层

21、厚度变化较小 W1111运输巷：0.33，弱等冲击切眼：0.13，无冲击轨道巷延伸段：0.20，无冲击轨道巷沿空段：0.47，弱冲击Wt2=Wi/Wimax危险等级评价1906N掘进工作面的综合指数为：运输巷0.44，判定为 弱 冲击地压危险；切眼0.44，判定为 弱 冲击地压危险；轨道巷延伸段0.39，判定为 弱 冲击地压危险；轨道巷沿空段0.47，判定为 弱 冲击地压危险。汇报提纲一、矿井及工作面概况二、冲击地压危险因素分析三、冲击危险性综合指数评价四、冲击危险区域划分五、冲击危险区监测预警方案六、冲击危险区防治设计方案七、巷道支护设计防冲安全性分析八、主要结论四、冲击危险区域划分长城三矿

22、1906N工作面冲击危险区域划分示意图共划分中等冲击危险区6处，弱冲击危险区9 处，主要受断层、采空区、巷道贯通影响。四、冲击危险区域划分1906N工作面掘进期间冲击危险区域具体位置参数表危险程度 影响因素 位置及长度 序号弱 底煤 切眼 中等 贯通、底煤 轨道巷延伸（距切眼0100m）弱 底煤 轨道巷延伸（距切眼1000226m）中等 采空区、底煤 轨道巷延伸（距切眼226326m）弱 底煤 轨道巷沿空段（距1905N切眼0150m）中等 断层、底煤 轨道巷沿空段（距1905N切眼150270m）弱 底煤 轨道巷沿空段（距1905N切眼270395m）弱 底煤 轨道巷沿空段（距1905N切眼

23、3951130m）中等 向采空区推进、底煤 轨道巷沿空段（距1905N切眼11301190m）弱 底煤 运输巷（切眼765m）弱 底煤 运输巷（765m1120m）中等 底煤、断层 运输巷（1120m1470m）中等 底煤、贯通 运输巷外段（距运输巷050m）弱 底煤、交叉 运输巷外段（50500m）弱 底煤、贯通、交叉 运输联络巷 汇报提纲一、矿井及工作面概况二、冲击地压危险因素分析三、冲击危险性综合指数评价四、冲击危险区域划分五、冲击危险区监测预警方案六、冲击危险区防治设计方案七、巷道支护设计防冲安全性分析八、主要结论五、冲击危险区域监测预警方案 在相应巷道中布置23 个传感器（随着工作面

24、的掘进，探头逐步往前挪移）。微震台网的布置应尽量覆盖掘进区域，同时满足掘进工作面的监测任务。区域监测 微震监测预警指标 级别（1）Emax1.0104J；（2）E 5.0104J；（3）N 30；（4）单日总能量 前5日平均值的3倍预警值采 矿 许 可 证 证 号：C1500002022071110153957XF2 56H 46m 工 广 保 护 煤 柱停 采 线 位 置N1906N工作面1906N运输巷1906N轨道巷1905N采空区微震传感器 1906N 工作面在冲击危险区域掘进过程中对掘进迎头及迎头后方60m 范围两帮进行煤粉检测，钻孔孔深12m，间距为弱30m，中等20m，两帮每次监

25、测钻孔个数应布置不少于3 个。弱冲击危险区监测 间隔3天，中等2天。局部监测 钻屑监测五、冲击危险区域监测预警方案12 11 10 9 8 7 6 5 4 3 2 1 钻孔深度/m5.8 5.8 5.8 3.7 3.7 3.7 2.6 2.6 2.6 2.4 2.4 2.4 临界值/kg若钻屑量接近或超过临界煤粉量，或在钻孔过程中出现卡钻、吸钻、钉钻、异响、孔内冲击等动力效应，则判定有冲击危险 在掘进工作面冲击危险区域后方安装采动应力在线监测系统。同一监测组内相邻监测点沿巷道走向间距1m，相邻监测组沿巷道走向间距25m。局部监测 应力在线监测预警指标 级别6m基点应力 10MPa预警值 12m

26、基点应力 12MPa应力值增幅 3MPa/d 应力计滞后迎头距离不得大于设计组 间距10m。五、冲击危险区域监测预警方案汇报提纲一、矿井及工作面概况二、冲击地压危险因素分析三、冲击危险性综合指数评价四、冲击危险区域划分五、冲击危险区监测预警方案六、冲击危险区防治设计方案七、巷道支护设计防冲安全性分析八、主要结论六、冲击危险区防治设计方案预卸压 大直径钻孔卸压 弱/中等巷帮每隔3/2m（不大于）实施一个大直径钻孔，钻孔孔径不小于150mm，孔深不小于16m。紧跟掘进迎头施工，滞后迎头距离不大于10m。弱/中等迎头布置1/2 个 大直径钻孔，孔深不小于25m，距离底板0.5m1.5m，布置在巷道中

27、间处。预卸压 底板卸压 采用大直径钻孔卸压时，每排布置45 个钻孔，钻孔间排距不大于1m，孔径150mm，孔深至煤层底板。采用爆破卸压时，每排布置不少于3 个钻孔，排距不大于3m，孔深至煤层底板，装药量根据钻孔深度不小于0.3kg/m。六、冲击危险区防治设计方案3m0.30.5m爆破钻孔巷 道预卸压 巷道贯通卸压 被贯通巷道贯通帮部对准贯通巷施工卸压钻孔，贯通巷迎头对应的被贯通巷煤壁 布置3个超前卸压钻孔，孔深25m，孔径150mm；距贯通地点50m 时，在迎头施工卸压钻孔，迎头煤壁布置3 个超前卸压钻孔，孔深25m，孔径150mm。贯通区域30m 范围内加强支护，贯通期间掘进速度每天不大于6

28、m。六、冲击危险区防治设计方案预卸压 过断层防冲卸压 掘进工作面距离断层50m 时开始施工探测孔；掘进工作面距离断层30m 时，对迎头实施钻孔卸压，布置3个钻孔，钻孔呈“三花”布置，孔深25m，孔径150mm；过断层区域掘进速度每天 不大于6m，加强监测。六、冲击危险区防治设计方案 钻孔一般由外向里施工，在距危险区域一侧1015m 位置，逐渐向危险区域施工，直到冲击危险区域另一侧1015m 位置。孔径150mm，孔间距1m，钻孔深度30m。若施工完第一轮钻孔后没有消除冲击危险，则在第一轮钻孔中间补打钻孔，直至消除冲击危险。解危 大直径钻孔卸压解危 煤层爆破卸压 若采用钻孔一般由外向里施工，在距

29、危险区域一侧1015m 位置，逐渐向危险区域施工，直到冲击危险区域另一侧1015m 位置。孔径150mm，孔间距5m，钻孔深度15m。若施工完第一轮钻孔后没有消除冲击危险，则在第一轮钻孔中间补打钻孔，直至消除冲击危险。六、冲击危险区防治设计方案汇报提纲一、矿井及工作面概况二、冲击地压危险因素分析三、冲击危险性综合指数评价四、冲击危险区域划分五、冲击危险区监测预警方案六、冲击危险区防治设计方案七、巷道支护设计防冲安全性分析八、主要结论七、巷道支护设计防冲安全性分析 1906N 工作面巷道支护设计满足防治煤矿冲击地压细则、国家煤矿安监局关于加强煤矿冲击地压防治工作的通知等相关规定要求。1906N

30、工作面运输巷具备抵抗一般条件下动载的能力，考虑到矿震能量变化及巷道支护的不均衡性，后期应根据巷道变形实际情况进行动态防控优化，加强监测，对局部支护强度弱化的区域 加强支护。质点震动峰值速度m/s 吸收能量kJ/m2部位 巷道名称0.58 4.94 顶板1906N运输巷 1.07 3.07 上帮1.06 3.00 下帮0.71 5.88 顶板 1906N运输巷过断层段1.64 7.17 帮部0.50 4.51 顶板1906N轨道巷 1.08 3.09 上帮1.06 3.00 下帮1.12 9.85 顶板1906N开切眼1.36 4.93 帮部汇报提纲一、矿井及工作面概况二、冲击地压危险因素分析三

31、、冲击危险性综合指数评价四、冲击危险区域划分五、冲击危险区监测预警方案六、冲击危险区防治设计方案七、巷道支护设计防冲安全性分析八、主要结论九、主要结论（1）影响1906N 掘进工作面冲击危险的因素为开采深度、煤岩冲击倾向性、顶板岩层结构特征、断层构造、采空区、底煤留设、巷道贯通与交叉等。（2）1906N 掘进工作面冲击危险性综合指数为：运输巷0.44，开切眼0.44，轨道巷延伸段0.39，轨道巷沿空段0.47，均具有弱冲击 地压危险。（3）采用多因素耦合分析法划分了15个冲击危险区，分别为：9个弱冲击危险区、6个中等冲击危险区。（4）1906N 工作面巷道均采用锚、网、索联合支护，具备抵抗一般

32、条件下动载的能力，满足防治煤矿冲击地压细则、国家煤矿安监局关于加强煤矿冲击地压防治工作的通知等相关规定。九、主要结论（5）采用微震法进行区域监测，采用钻屑法、在线应力监测进行局部监测，采用 矿压监测方案作为局部监测的辅助方法。（6）采用煤层钻孔卸压、底板钻孔卸压作为局部防冲措施，采用“煤层钻孔”或“煤层钻孔+煤层爆破”的方法对进行解危。（7）采用钻屑法 和 煤体应力在线检测作为冲击危险区域解危效果的检验方法。（8）1906N 掘进工作面巷道掘进速度为：在弱冲击地压危险区掘进速度上限为12m/d，弱冲击地压危险区掘进速度上限为10m/d；（9）从安全防护措施、人员管理、物料管理、冲击地压事故处理、冲击地压避灾路线等方面给出 冲击地压防治组织管理技术 措施。敬请指正谢谢！