2022年瓦斯與沖擊礦壓治理技術(shù)研究總結(jié)報(bào)告

1、7431綜放工作面瓦斯與沖擊礦壓綜合治理技術(shù)研究總結(jié)報(bào)告目 錄 TOC o 1-3 h z u HYPERLINK l _Toc180676211 1 礦井概況 PAGEREF _Toc180676211 h 1 HYPERLINK l _Toc180676212 1.1 礦井開拓開采方式 PAGEREF _Toc180676212 h 1 HYPERLINK l _Toc180676213 1.2 煤系地層與煤層 PAGEREF _Toc180676213 h 2 HYPERLINK l _Toc180676218 1.3 礦井煤層儲量 PAGEREF _Toc180676218 h 3 H

2、YPERLINK l _Toc180676219 1.4 通風(fēng)系統(tǒng) PAGEREF _Toc180676219 h 4 HYPERLINK l _Toc180676220 1.5 防滅火系統(tǒng)及注漿 PAGEREF _Toc180676220 h 5 HYPERLINK l _Toc180676221 1.6 瓦斯情況 PAGEREF _Toc180676221 h 5 HYPERLINK l _Toc180676222 2 工作面概況及災(zāi)害危險(xiǎn)性分析 PAGEREF _Toc180676222 h 7 HYPERLINK l _Toc180676223 2.1 工作面概況 PAGEREF _T

3、oc180676223 h 7 HYPERLINK l _Toc180676224 2.2 瓦斯災(zāi)害研究現(xiàn)狀 PAGEREF _Toc180676224 h 9 HYPERLINK l _Toc180676225 2.3 煤層自燃研究現(xiàn)狀 PAGEREF _Toc180676225 h 11 HYPERLINK l _Toc180676226 2.4 沖擊礦壓動力研究現(xiàn)狀 PAGEREF _Toc180676226 h 12 HYPERLINK l _Toc180676232 2.5 多巷道，大采深，水旱交接多種災(zāi)害交織的研究現(xiàn)狀 PAGEREF _Toc180676232 h 15 HYPE

4、RLINK l _Toc180676233 2.6 7431工作面災(zāi)害危險(xiǎn)性分析 PAGEREF _Toc180676233 h 16 HYPERLINK l _Toc180676234 3 7431工作面瓦斯災(zāi)害及其防治對策 PAGEREF _Toc180676234 h 18 HYPERLINK l _Toc180676235 3.1 工作面煤層瓦斯賦存及涌出預(yù)測分析 PAGEREF _Toc180676235 h 18 HYPERLINK l _Toc180676236 3.1.1 煤層瓦斯含量 PAGEREF _Toc180676236 h 18 HYPERLINK l _Toc180

5、676237 3.1.2 掘進(jìn)工作面瓦斯涌出量預(yù)測 PAGEREF _Toc180676237 h 19 HYPERLINK l _Toc180676238 3.1.3 工作面開采過程中瓦斯涌出量預(yù)測 PAGEREF _Toc180676238 h 22 HYPERLINK l _Toc180676239 3.1.4 煤層突出危險(xiǎn)性 PAGEREF _Toc180676239 h 24 HYPERLINK l _Toc180676240 3.1.5 7431工作面煤巷掘進(jìn)瓦斯涌出過程分析 PAGEREF _Toc180676240 h 25 HYPERLINK l _Toc180676241

6、3.1.6 7431工作面開采過程中瓦斯涌出過程分析 PAGEREF _Toc180676241 h 27 HYPERLINK l _Toc180676242 3.2 工作面可能存在的瓦斯災(zāi)害分析 PAGEREF _Toc180676242 h 29 HYPERLINK l _Toc180676243 3.3 綜放面初采過程中可能出現(xiàn)的異常瓦斯涌出及其防治對策 PAGEREF _Toc180676243 h 30 HYPERLINK l _Toc180676244 3.3.1 初采過程中異常瓦斯涌出原因分析 PAGEREF _Toc180676244 h 30 HYPERLINK l _Toc

7、180676245 3.3.2 初采過程中異常瓦斯涌出控制對策 PAGEREF _Toc180676245 h 34 HYPERLINK l _Toc180676246 3.4 綜采放頂煤工作面上隅角局部高瓦斯區(qū)域瓦斯防治對策 PAGEREF _Toc180676246 h 34 HYPERLINK l _Toc180676247 3.4.1 采空區(qū)瓦斯抽放方法簡述 PAGEREF _Toc180676247 h 35 HYPERLINK l _Toc180676248 3.4.2 瓦斯抽放系統(tǒng)簡介 PAGEREF _Toc180676248 h 37 HYPERLINK l _Toc1806

8、76249 3.4.3 7431工作面采空區(qū)瓦斯抽采效果分析 PAGEREF _Toc180676249 h 42 HYPERLINK l _Toc180676250 3.5 綜采放頂煤工作面瓦斯涌出規(guī)律及其防治對策 PAGEREF _Toc180676250 h 44 HYPERLINK l _Toc180676251 3.5.1 綜采放頂煤工作面瓦斯涌出規(guī)律測定分析 PAGEREF _Toc180676251 h 44 HYPERLINK l _Toc180676252 3.5.2 綜采放頂煤工作面瓦斯涌出防治對策 PAGEREF _Toc180676252 h 45 HYPERLINK

9、l _Toc180676253 3.6 7339工作面老空區(qū)瓦斯沖擊涌出的可能性及其防治對策 PAGEREF _Toc180676253 h 49 HYPERLINK l _Toc180676254 3.6.1 7339工作面老空區(qū)瓦斯沖擊涌出原因分析 PAGEREF _Toc180676254 h 49 HYPERLINK l _Toc180676255 3.6.2 7339工作面老空區(qū)瓦斯沖擊涌出防治對策 PAGEREF _Toc180676255 h 50 HYPERLINK l _Toc180676256 3.7 深部開采過程中煤與瓦斯突出危險(xiǎn)性及其防治對策 PAGEREF _Toc1

10、80676256 h 50 HYPERLINK l _Toc180676257 3.7.1 深部開采過程中煤與瓦斯突出危險(xiǎn)性分析 PAGEREF _Toc180676257 h 50 HYPERLINK l _Toc180676258 3.7.2 深部開采過程中煤與瓦斯突出防治對策 PAGEREF _Toc180676258 h 51 HYPERLINK l _Toc180676259 4 7431工作面煤炭自然發(fā)火及其防治對策 PAGEREF _Toc180676259 h 53 HYPERLINK l _Toc180676260 4.1 7431工作面自燃的可能性 PAGEREF _Toc

11、180676260 h 53 HYPERLINK l _Toc180676261 4.1.1 從煤的自燃傾向性分析7431面的煤自燃危險(xiǎn)程度 PAGEREF _Toc180676261 h 53 HYPERLINK l _Toc180676262 4.1.2 從煤的自燃外部條件分析7431面的煤自燃危險(xiǎn)程度 PAGEREF _Toc180676262 h 53 HYPERLINK l _Toc180676263 4.2 綜放工作面煤層自然發(fā)火分析 PAGEREF _Toc180676263 h 54 HYPERLINK l _Toc180676264 4.2.1 巷道周圍煤體自然環(huán)境分析 PA

12、GEREF _Toc180676264 h 54 HYPERLINK l _Toc180676265 4.2.2 巷道煤體自然危險(xiǎn)區(qū)域判定 PAGEREF _Toc180676265 h 63 HYPERLINK l _Toc180676266 4.2.3 采空區(qū)遺煤自然環(huán)境 PAGEREF _Toc180676266 h 64 HYPERLINK l _Toc180676267 4.2.4 采空區(qū)浮煤自然過程動態(tài)數(shù)值模擬 PAGEREF _Toc180676267 h 72 HYPERLINK l _Toc180676268 4.3 煤炭自然發(fā)火過程及其標(biāo)志性氣體測定 PAGEREF _To

13、c180676268 h 74 HYPERLINK l _Toc180676269 4.3.1 測試目的 PAGEREF _Toc180676269 h 74 HYPERLINK l _Toc180676270 4.3.2 試樣制備 PAGEREF _Toc180676270 h 74 HYPERLINK l _Toc180676271 4.3.3 實(shí)驗(yàn)裝置 PAGEREF _Toc180676271 h 75 HYPERLINK l _Toc180676272 4.3.4 實(shí)驗(yàn)步驟 PAGEREF _Toc180676272 h 76 HYPERLINK l _Toc180676273 4.

14、3.5 實(shí)驗(yàn)結(jié)果 PAGEREF _Toc180676273 h 76 HYPERLINK l _Toc180676274 4.3.6 實(shí)驗(yàn)結(jié)論及建議 PAGEREF _Toc180676274 h 79 HYPERLINK l _Toc180676275 4.4 7431綜放工作面采空區(qū)“自燃三帶”測定 PAGEREF _Toc180676275 h 79 HYPERLINK l _Toc180676276 4.4.1 測試目的 PAGEREF _Toc180676276 h 79 HYPERLINK l _Toc180676277 4.4.2 方案設(shè)計(jì) PAGEREF _Toc180676

15、277 h 79 HYPERLINK l _Toc180676278 4.4.3 敷設(shè)管路 PAGEREF _Toc180676278 h 81 HYPERLINK l _Toc180676279 4.4.4 氣樣采集 PAGEREF _Toc180676279 h 81 HYPERLINK l _Toc180676280 4.4.5 采空區(qū)煤炭氧化自燃“三帶”概述 PAGEREF _Toc180676280 h 81 HYPERLINK l _Toc180676281 4.4.6 煤炭自燃的氧化發(fā)展過程 PAGEREF _Toc180676281 h 83 HYPERLINK l _Toc1

16、80676282 4.4.7 采空區(qū)“自燃三帶”實(shí)測分析 PAGEREF _Toc180676282 h 84 HYPERLINK l _Toc180676283 4.5 綜放面自燃發(fā)火預(yù)防措施 PAGEREF _Toc180676283 h 88 HYPERLINK l _Toc180676284 4.5.1 綜采放頂煤的防滅火技術(shù) PAGEREF _Toc180676284 h 88 HYPERLINK l _Toc180676285 4.5.2 孔莊煤礦防滅火措施 PAGEREF _Toc180676285 h 89 HYPERLINK l _Toc180676286 4.6 7431工

17、作面防止煤炭自燃發(fā)火技術(shù)方案 PAGEREF _Toc180676286 h 92 HYPERLINK l _Toc180676287 4.7 7431工作面煤炭自燃傾向性監(jiān)測 PAGEREF _Toc180676287 h 93 HYPERLINK l _Toc180676288 4.8 7431工作面收作期間防止煤炭自燃的技術(shù)措施 PAGEREF _Toc180676288 h 94 HYPERLINK l _Toc180676289 5 7431工作面沖擊礦壓分析及其防治對策 PAGEREF _Toc180676289 h 96 HYPERLINK l _Toc180676290 5.1

18、 沖擊礦壓危險(xiǎn)性分析 PAGEREF _Toc180676290 h 96 HYPERLINK l _Toc180676291 5.1.1 沖擊礦壓影響因素分析 PAGEREF _Toc180676291 h 96 HYPERLINK l _Toc180676344 5.1.2 沖擊礦壓危險(xiǎn)程度評定 PAGEREF _Toc180676344 h 101 HYPERLINK l _Toc180676345 5.2 工作面礦壓規(guī)律實(shí)測及分析 PAGEREF _Toc180676345 h 102 HYPERLINK l _Toc180676346 5.2.1 支架承載特征及適應(yīng)性分析 PAGER

19、EF _Toc180676346 h 102 HYPERLINK l _Toc180676347 5.2.2 端面頂板穩(wěn)定性及影響因素分析 PAGEREF _Toc180676347 h 110 HYPERLINK l _Toc180676348 5.3 工作面沖擊礦壓危險(xiǎn)性監(jiān)測 PAGEREF _Toc180676348 h 111 HYPERLINK l _Toc180676349 5.3.1 電磁輻射監(jiān)測 PAGEREF _Toc180676349 h 111 HYPERLINK l _Toc180676350 5.3.2 煤粉量監(jiān)測 PAGEREF _Toc180676350 h 11

20、4 HYPERLINK l _Toc180676351 5.4 沖擊礦壓小結(jié) PAGEREF _Toc180676351 h 122 HYPERLINK l _Toc180676352 6 總結(jié)與建議 PAGEREF _Toc180676352 h 124 HYPERLINK l _Toc180676353 6.1 總結(jié) PAGEREF _Toc180676353 h 124 HYPERLINK l _Toc180676354 6.2 建議 PAGEREF _Toc180676354 h 1261 礦井概況孔莊煤礦地處江蘇省沛縣和山東省微山縣境內(nèi)，在沛縣城北4km處，位于大屯礦區(qū)最南端。礦井地

21、理坐標(biāo)為東經(jīng)1165713，北緯344155。井田范圍東至原劉仙莊斷層與棗莊礦務(wù)局接壤，西到徐沛鐵路，南以21號煤層露頭為界，北以7號煤層-1300m水平垂直投影為界與徐莊礦毗鄰。井田東西走向長13km，南北寬約3.6km，面積46.km2左右。孔莊煤礦于1977年投產(chǎn)，原設(shè)計(jì)能力60萬t/a。投產(chǎn)后發(fā)現(xiàn)西翼煤層火成巖侵入嚴(yán)重，后核定為45萬t/a。隨著礦井的發(fā)展，針對孔莊地質(zhì)條件現(xiàn)狀，公司及礦于1988年開始，對孔莊礦進(jìn)行了二期工程改擴(kuò)建，將孔莊礦由旱采改為水、旱并舉礦井。設(shè)計(jì)能力由45萬t/a增至105萬t/a，同時在地面建立了一座入洗能力105萬t/a的選煤廠。二期工程于1992年完畢，

22、1998年首次突破百萬噸大關(guān)，為部頒高產(chǎn)高效礦井。目前我礦生產(chǎn)能力已達(dá)105萬t/a。礦井改擴(kuò)建后設(shè)計(jì)年生產(chǎn)能力為105萬t，2003年核定生產(chǎn)能力為130萬t/a，其中水采30萬t，旱采100萬t。1.1 礦井開拓開采方式孔莊煤礦是座具有27年開采歷史的老礦井，1989年礦井改擴(kuò)建，形成水旱并舉的格局。礦井投產(chǎn)初期采煤方法為炮采，木支柱和摩擦支柱支護(hù)；1988年采煤工藝改為高檔普采，采用外注式單體支護(hù)；1996年采煤工藝改為高檔放頂煤采煤工藝，采用ZMW網(wǎng)格式滑移支架；2002年采煤工藝改為綜放和綜采，采用ZF2800-16/26和BY3300-13/33。礦井采用立井多水平開拓方式，開采深

23、度從-150m-1300m；全區(qū)共劃分為四個開采水平，第一水平標(biāo)高為-375m，第二水平標(biāo)高為-620m，第三水平標(biāo)高為-785m，第四水平標(biāo)高為-1000m。礦井地質(zhì)儲量大部分在深部為45.155Mt，占總可采量的58.5%。開采深部煤炭，瓦斯災(zāi)害防治技術(shù)、防治沖擊礦壓綜合技術(shù)是實(shí)現(xiàn)安全生產(chǎn)的關(guān)鍵。1.2 煤系地層與煤層孔莊礦是開采多煤層的礦井，含煤系屬晚古生代石炭二疊紀(jì)含煤建造。各含煤地層及含煤性概述如下：井田內(nèi)含煤地層有太原組、山西組、下石盒子組，含煤20余層。含煤巖系平均總厚度264.67m，含煤累計(jì)平均厚度17.8m，含煤系數(shù)6.7。其中可采煤層五層，為太原組和山西組的7號煤層、7下

24、煤層、8號煤層、17號及21號煤層。7號、8號煤層為礦井主要可采煤層。1.2.1 7號煤層7號煤層在井田西翼受巖漿巖侵入破壞嚴(yán)重，已失去可采價(jià)值。在井田東部，煤層兩極厚度2.056.06m，平均煤厚4.56m，煤層普遍發(fā)育，煤層厚度總的變化趨勢為：沿傾向由淺逐漸向深部增厚，煤層穩(wěn)定性變好；沿走向東西兩側(cè)煤層薄，中部煤層厚。煤層結(jié)構(gòu)簡單，僅局部有夾矸存在，夾矸多為泥巖。煤層直接頂板為泥巖、砂質(zhì)泥巖，局部為細(xì)砂巖，底板多為砂質(zhì)泥巖、泥巖，局部為細(xì)砂巖。1.2.2 8號煤層8號煤層位于山西組底部，較發(fā)育，上距 7號煤層4.1740.18m，平均20.28m，層間距由東向西之間增大，煤厚0.295.8

25、5m，平均3.09m。煤層沉積不連續(xù)，可分為三個地段：即4勘探線以西、10-i3線之間及14線以東。煤層在4勘探線以西可采，但有巖漿巖侵入；1013線之間，除靠近沖刷帶附近煤層厚度變化較大外，一般都在2.53.5m，由淺部向深部逐漸變?。辉?4線以東煤層厚度在1.525.43m，平均煤厚3.56m，厚度較穩(wěn)定，該段全部可采。該煤層結(jié)構(gòu)簡單，有夾矸l2層，大部分分布在中西部，夾矸厚0.143.23m，為泥巖或砂質(zhì)泥巖，般煤層厚度是上分層大于下分層。煤層頂板多為砂質(zhì)泥巖或砂泥巖互層，局部地段為砂巖。底板為砂巖、砂質(zhì)泥巖。1.2.3 17號煤層17號煤層位于太原組中部，上距8號煤層約110m，在整個

26、井田內(nèi)有分布。煤層的原始沉積穩(wěn)定，煤厚在0.191.28m，平均0.81m，煤層結(jié)構(gòu)單一，僅有少量鉆孔見有一層夾矸，夾矸厚度0.10.64m。夾矸巖性為泥巖，煤層頂板多為泥巖，底板為無名灰?guī)r，個別點(diǎn)為泥巖。由于巖漿巖的侵入破壞，煤大部分被焦化，甚至吞蝕，失去工業(yè)價(jià)值，17號煤層為一局部可采的不穩(wěn)定煤層。1.2.4 21號煤層21號煤層是太原組最下一層局部可采煤層，上距17號煤層為38.3864.32m，平均為51.68m；下距L13為1.713.89m，平均為2.55m。沉積層位穩(wěn)定，在全井田分布，但受巖漿巖侵入破壞嚴(yán)重，使大部分地段的煤層分叉變薄和強(qiáng)烈焦化而失去工業(yè)價(jià)值。16線以西由于受巖漿

27、巖的侵入，煤層破壞嚴(yán)重，大部分地段的煤層分叉、變薄和強(qiáng)烈焦化而失去工業(yè)價(jià)值。僅16線以東的煤層進(jìn)行評價(jià)，本區(qū)共有48個見煤（焦）點(diǎn)，剔除巖漿巖破壞點(diǎn)及一個斷薄點(diǎn)，僅有42個正常見煤點(diǎn)，厚度為0.671.68m，平均1.02m。16線以東的21號煤層為較穩(wěn)定的可采煤層。煤層含夾矸12層，夾矸厚度有的大于最低可采厚度或大于煤層的上、下分層的厚度，使之出現(xiàn)個別不可采點(diǎn)；下部一層夾矸普遍發(fā)育，層位穩(wěn)定，易于對比，夾矸厚度在0.140.94m，平均0.37m，夾矸巖性多為泥巖。由于巖漿侵入煤層，使煤層增加13層巖漿夾矸。煤層直接頂板為灰?guī)r（l12），底板多為泥巖，少數(shù)為砂質(zhì)泥巖，個別點(diǎn)為細(xì)砂巖或炭質(zhì)泥巖

28、。礦井各煤層都有煤塵爆炸危險(xiǎn)。各煤層均為不易自燃或不自燃煤層。1.3 礦井煤層儲量截止2002年底孔莊煤礦可采煤層期末能利用儲量16022.6萬t，可采儲量8055.4萬t，暫不能利用儲量9629萬t，可放面儲量6041.6萬t。2002年末礦井分煤層、分水平儲量詳見下表： 表1-1 2002年末礦井儲量匯總表 單位：萬t煤 系煤層水 平能 利 用 儲 量可采儲量備 注A級A+B級C級D級合計(jì)山西組七煤-37554.7921.2409.21330.4717.9其中焦為66.6-620446890.31267.22157.51087.6其中焦為174.6-78574.574.574.547為2采

29、區(qū)儲量-1000413.51118.234524570.22879.5七下煤-37570.570.5-6208787-1000155.8155.8八煤-37542.9865.4235.91101.3676.1-620213.1563.2895.21458.4856-785162.3162.3162.3102.3為2采區(qū)儲量-1000315.22365.62680.81689計(jì)14074910.38938.413848.78055.4其中焦為241.2太原組17煤-37547.2105.1152.3-620113.4146.6260-100016.8715.6732.421煤-375188.21

30、88.2-620284284-1000557557計(jì)177.41996.52173.9合 計(jì)14075087.710934.916022.68055.4其中焦為241.21.4 通風(fēng)系統(tǒng)孔莊礦現(xiàn)行通風(fēng)系統(tǒng)為邊界對角式通風(fēng)，即主副井進(jìn)風(fēng)東南風(fēng)井回風(fēng)，雙機(jī)低速隔總回。礦井等積孔為4.53m2。南風(fēng)井：主扇型號為G4-73-11NO.25D型離心式風(fēng)機(jī)，有480rpm和580rpm兩個轉(zhuǎn)速，現(xiàn)運(yùn)行480rpm，風(fēng)機(jī)葉片前導(dǎo)器角度為45度，礦井風(fēng)量為3110m3/min，風(fēng)機(jī)外部漏風(fēng)率為4.7，主扇靜壓為168mmH2O，電機(jī)功率180kW。主要承擔(dān)礦井西翼、2采區(qū)二個地點(diǎn)供風(fēng)。東風(fēng)井：主扇型號G4-

31、73-12NO.28D型離心式風(fēng)機(jī)，有490rpm和580rpm兩個轉(zhuǎn)速，現(xiàn)運(yùn)行490rpm，風(fēng)機(jī)葉片前導(dǎo)器角度為60度，礦井風(fēng)量為6820m3/min，風(fēng)機(jī)外部漏風(fēng)率為4.5，主扇靜壓為150mmH2O，電機(jī)功率300kW。主要承擔(dān)4、5、3三個采區(qū)的供風(fēng)。兩風(fēng)井在井下東三-160總回風(fēng)巷處，用風(fēng)門把兩風(fēng)井回風(fēng)加以隔開。礦井反風(fēng)為專用反風(fēng)道反風(fēng)。2004年礦井反風(fēng)演習(xí)測得，礦井反風(fēng)率為56.9%，主石門反風(fēng)率為51.6%。礦井通風(fēng)系統(tǒng)合理、穩(wěn)定，各采掘用風(fēng)地點(diǎn)風(fēng)量滿足要求，沒有風(fēng)速超限、無風(fēng)、微風(fēng)巷道。1.5 防滅火系統(tǒng)及注漿經(jīng)重慶煤研所鑒定，煤炭自燃傾向性分類為三類；煤層為不易自燃?？浊f礦

32、自然發(fā)火期為612個月?，F(xiàn)井下采取的防滅火措施有采空區(qū)的注漿，密閉周檢和防滅火預(yù)測預(yù)報(bào)。井下采空區(qū)能做到及時封閉，密閉沒有欠賬。盲巷按規(guī)定要求及時封閉?，F(xiàn)礦井注漿系統(tǒng)為東風(fēng)井注漿系統(tǒng)。地面注漿池兩個，容積各為24m3，注漿管路為14050m，全為4吋管路，分別注漿4、5采區(qū)和2、3采區(qū)，主要注粉煤灰和黃土混合物。注漿為該礦的主要防火措施，有專門的井下注漿隊(duì)伍10人；并能在局部地點(diǎn)實(shí)施注凝膠和高分子材料；對采空區(qū)密閉及四周巷道進(jìn)行噴漿。1.6 瓦斯情況孔莊煤礦為低瓦斯礦井，2006年瓦斯鑒定結(jié)果為：全礦井相對涌出量為4.11m3/t，2采區(qū)為3.4m3/t，3采區(qū)為1.93m3/t，4采區(qū)為0.

33、88m3/t，東風(fēng)井東翼為1.78m3/t，東風(fēng)井西翼為2.82m3/t，南風(fēng)井東翼為4.11m3/t，南風(fēng)井西翼為0.2m3/t。礦井安全監(jiān)測系統(tǒng)為江西煤炭研究所的KJ65安全監(jiān)控系統(tǒng)；另在采煤面和掘進(jìn)面還裝備了瓦斯報(bào)警斷電裝置，現(xiàn)瓦斯報(bào)警斷電裝置在籍15臺，使用9臺，主要型號為江西煤研所的CGW型；礦井有瓦斯報(bào)警儀在籍430臺，使用386臺。2 工作面概況及災(zāi)害危險(xiǎn)性分析2.1 工作面概況7431工作面是孔莊礦第三個綜采放頂煤工作面（回采工作面平面布置如圖2-1所示），位于7339綜放面的下方，從工作面開切眼向外550m范圍內(nèi)工作面周圍為實(shí)體煤，之外與7339綜放面之間留有18m煤柱，在工

34、作面走向450550m之間有落差大于5m的斷層帶，工作面無法穿過斷層帶，這樣在工作面走向中間將留有一斷層煤柱。工作面上風(fēng)巷標(biāo)高為-774-798m、下風(fēng)巷標(biāo)高為-777.73-862.91m，地面標(biāo)高為+36.2m。工作面，走向長1234m，傾斜長140m，回采面積190619m2，煤層厚度4.35.0m，平均4.5m。煤層傾角2228，平均25；工作面儲量115.8萬t，可采儲量98.4萬t，回采率85。該面采用走向長壁采煤、輕型綜采放頂煤一次采全高，采空區(qū)處理方法為全部垮落法。表2-1與表2-2給出了工作面的相關(guān)參數(shù)。圖2-1 7431工作面平面布置圖表2-1 工作面開采范圍上部境界733

35、9老塘井下標(biāo)高-771.987 m-843.505 m下部境界-840等高線采 高（4.35.4）/4.8m東部境界F13斷層走向長度820m西部境界輔助上山傾向長度140m地面標(biāo)高+33.33m+36.2m回采面積126144m2表2-2 煤層特征項(xiàng) 目單 位全 煤 厚開采分層煤層厚度全 煤 厚m4.35.4一次采全高平均煤厚m4.8可采分層數(shù)個1煤層傾角2228/25煤層硬度硬、中、軟中硬煤 質(zhì)煤層灰分%12.4揮 發(fā) 分%37.0容 重t/m31.35自 燃 發(fā) 火 期月類瓦 斯 等 級低、高低瓦斯煤 塵 爆 炸 指 數(shù)%有強(qiáng)爆性含矸率%87431工作面柱狀圖見圖2-2所示。圖2-2 7

36、431工作面綜合柱狀圖煤層偽頂為泥巖，厚1.0m，直接頂為深灰色砂質(zhì)泥巖，厚度1.5m，老頂為粉砂巖和中砂巖，厚8.0m。底板為黑色泥巖。頂?shù)装鍘r石特征見表2-3。表2-3 頂?shù)装鍘r石特征頂板、底板巖石類別巖 厚性 質(zhì)頂板老 頂粉砂巖平均厚度4.2m灰黑色,厚層狀，裂隙發(fā)育，巖石破碎直接頂泥巖砂質(zhì)泥巖平均厚度1.8 m平均厚度2.0 m黑色，斷口不平坦，含植物化石，局部含砂質(zhì)灰白色,含植物根部化石底板泥巖平均厚度2.3 m黑色，斷口不平坦，含植物化石，局部含砂質(zhì)工作面內(nèi)已揭露斷層11條，有7條落差大于2m的斷層將影響工作面回采，且還可能有小斷層存在，本工作面屬低瓦斯區(qū)，比照高瓦斯管理，煤巖有強(qiáng)

37、爆性，自燃發(fā)火期為III類。2.2 瓦斯災(zāi)害研究現(xiàn)狀煤礦瓦斯突出和瓦斯爆炸是煤礦的重大災(zāi)害之一，在我國的煤炭事故中70%以上是瓦斯事故。因此，對瓦斯突出、爆炸的機(jī)理、預(yù)測及其防治一直煤礦的工作重點(diǎn)。目前，瓦斯突出的機(jī)理假說比較多，國外關(guān)于煤和瓦斯突出機(jī)理的認(rèn)識如下幾種觀點(diǎn)：地應(yīng)力假說；瓦斯作用假說；化學(xué)本質(zhì)假說；綜合作用假說(能量假說，應(yīng)力分布不均勻假說)。我國從60年代起就對突出煤層的應(yīng)力狀態(tài)、瓦斯賦存狀態(tài)、煤的物理力學(xué)性能等開展了研究，根據(jù)現(xiàn)場資料和試驗(yàn)研究對突出機(jī)理進(jìn)行了探討，提出了新的見解和觀點(diǎn)，概括起來主要有以下幾方面：中心擴(kuò)張學(xué)說；流變假說；二相流體假說；固流耦合失穩(wěn)假說；球殼失穩(wěn)

38、假說。這些假說都在一定程度上解釋了瓦斯突出的機(jī)理，對瓦斯突出的預(yù)測和防治提供了依據(jù)。瓦斯突出的預(yù)測的方法很多，主要分為兩大類，一類是靜態(tài)(不連續(xù))預(yù)測，包括D，K綜合指標(biāo)法；R指標(biāo)法；鉆孔瓦斯涌出初速度q法和鉆屑瓦斯解吸指標(biāo)(h2)法；鉆屑量法和鉆屑倍率法和鉆屑綜合指標(biāo)法。另一類是動態(tài)(連續(xù))預(yù)測，該類方法主要有如下幾種：聲發(fā)射技術(shù)；瓦斯涌出動態(tài)指標(biāo)；電磁輻射監(jiān)測技術(shù)；目前國內(nèi)外主要有：鉆孔法，電磁輻射法，聲發(fā)射法。其未來突出預(yù)測的發(fā)展趨勢是，利用聲發(fā)射技術(shù)連續(xù)監(jiān)測技術(shù)對變形破裂劇烈區(qū)進(jìn)行定位，利用電磁輻射監(jiān)測技術(shù)對工作面非接觸連續(xù)預(yù)測，再結(jié)合現(xiàn)有的環(huán)境監(jiān)測系統(tǒng)監(jiān)測的瓦斯涌出動態(tài)對煤與瓦斯突出

39、現(xiàn)象進(jìn)行準(zhǔn)確預(yù)測。瓦斯突出應(yīng)采用“突出危險(xiǎn)預(yù)測實(shí)施防突措施措施效果檢驗(yàn)安全防護(hù)措施”四位一體得綜合防治措施。其具體措施有：淺空爆破措施或多段放炮法，注水法；卸壓槽和深孔控制卸壓爆破措施；擴(kuò)大通風(fēng)斷面提高工作面的配風(fēng)量；頂板走向鉆孔抽放瓦斯和底板穿層鉆孔預(yù)抽瓦斯。礦井瓦斯爆炸是煤礦特有的及其嚴(yán)重的一種災(zāi)害，不僅能造成大量人員傷亡，而且會嚴(yán)重摧毀井下設(shè)施，中斷生產(chǎn)，瓦斯爆炸給人民生命和國家財(cái)產(chǎn)帶來極大的損失。因此，研究和采用先進(jìn)的瓦斯爆炸防治技術(shù)對煤礦安全有十分重要的意義。通過對大量的現(xiàn)場觀測和試驗(yàn)研究，瓦斯爆炸是由于瓦斯與空氣中的氧氣、水等發(fā)生鏈?zhǔn)交瘜W(xué)反應(yīng)而造成的，在低溫和高溫的化學(xué)反應(yīng)約有不同

40、，但是，反應(yīng)過程中，瓦斯?jié)舛?，空氣的氧濃度以及溫度，濕度是制約瓦斯爆炸的主要因素，尤其是瓦斯的濃度和空氣中氧的濃度。因此在預(yù)防瓦斯爆炸最重要的是就是動態(tài)監(jiān)測，對瓦斯?jié)舛鹊谋O(jiān)測，對溫度的監(jiān)測，當(dāng)發(fā)現(xiàn)異常時，做出及時的調(diào)整，其監(jiān)測的儀器目前主要有平頂山礦務(wù)局的JCB-C68A瓦斯便攜儀，俄羅斯的SGM-1的瓦斯報(bào)警燈，平頂山礦務(wù)局和重慶煤科院研制的KDJ礦井瓦斯報(bào)警燈。預(yù)防瓦斯爆炸的措施主要包括三個方面：防止瓦斯積存與超限（瓦斯?jié)舛瘸^規(guī)程規(guī)定限值）；防止引燃火源；防止瓦斯爆炸事故擴(kuò)大的措施。具體措施有：加強(qiáng)通風(fēng)；嚴(yán)格瓦斯管理，加強(qiáng)瓦斯檢查；煤層注水法等。2.3 煤層自燃研究現(xiàn)狀煤層自燃而引發(fā)的礦

41、井火災(zāi)是煤礦的主要災(zāi)害之一，它不僅對人體和機(jī)械設(shè)備造成危害，而且還會引發(fā)瓦斯、煤塵和火災(zāi)所產(chǎn)生的氣體爆炸等礦井災(zāi)害，此外，煤層自燃還會直接燒掉大量的煤炭資源。為此，廣大的科研技術(shù)人員對火災(zāi)作了大量的研究，提出了一些煤層自燃的機(jī)理、預(yù)測預(yù)報(bào)和防治理論和方法，對煤層自燃的防治起到了積極的作用。對煤層自燃的機(jī)理，人們從17世紀(jì)就開始進(jìn)行探索，提出了多種學(xué)說，其中影響較大的有黃鐵礦作用學(xué)說、細(xì)菌作用學(xué)說、酚基作用學(xué)說和煤氧復(fù)合學(xué)說等。其中煤氧復(fù)合學(xué)說得到人們的普遍贊同，該學(xué)說認(rèn)為煤炭自燃是由于煤與空氣中的氧結(jié)合發(fā)生物理化學(xué)反應(yīng)、放出熱量而引起的。在自燃的發(fā)展過程中，煤與氧所發(fā)生的氧化反應(yīng)是分子的基鏈反

42、應(yīng)，即每一個參加反應(yīng)的團(tuán)?；蛘哒f在鏈上的原子團(tuán)首先產(chǎn)生一個或多個新的活化團(tuán)粒，再引起相鄰團(tuán)粒活化并參加反應(yīng)。在低溫條件下，這個反應(yīng)過程要持續(xù)一段時間，低溫氧化過程的持續(xù)發(fā)展是反應(yīng)過程的自身加速作用增大，若反應(yīng)生成的熱量不能及時散發(fā)掉，就會引起自熱并最終導(dǎo)致自燃。根據(jù)該學(xué)說，煤炭自燃的關(guān)鍵是在低溫下的氧化放熱特性。這一特性是和煤的化學(xué)結(jié)構(gòu)、物理性質(zhì)以及煤炭成分等有關(guān)的。煤的自然發(fā)火，由于井下地質(zhì)條件及采空區(qū)等處特殊條件的限制，迄今，各種探測原理的儀器均難以準(zhǔn)確、快速的確定這種隱蔽火源的位置和范圍，也就難以采取滅火措施，目前，根據(jù)檢測原理，大致分為幾類方法:溫度探測法，如世界各國通用的直接測溫法、

43、熱輻射測溫法等。氣體探測法，如俄羅斯及我國山西礦院研究的測氧法、測co/HZ比值法等。磁力探測法，如我國陜西煤田地勘公司用美國G856A型磁力儀在陜北煤田探測露頭火，測定露頭火向下延燒范圍。數(shù)理解算法，如原蘇聯(lián)及中國礦大、阜新礦院等曾探測采空區(qū)周邊氣體成份及溫度變化，利用采場空氣流場規(guī)律，進(jìn)行數(shù)學(xué)推算，得到采空區(qū)各處溫度分布，從而確定高溫點(diǎn)位置。電磁波探測法，如西德、法國、原蘇聯(lián)都作過這方面的研究。電阻法即以電極探測火源高溫引起煤層頂、底板巖層電阻值變化，確定火源位置。目前煤礦常用的滅火技術(shù)主要有：水滅火技術(shù)、注氮滅火技術(shù)、均壓防滅火技術(shù)、灌漿防滅火技術(shù)、阻化劑滅火技術(shù)、惰氣泡沫防滅火技術(shù)、霧

44、化阻化劑防滅火技術(shù)、粉狀惰化阻化劑防滅火技術(shù)、凝膠防滅火技術(shù)等。2.4 沖擊礦壓動力研究現(xiàn)狀沖擊礦壓自1738年在英國的南史塔福煤田的萊比錫煤礦報(bào)道以來，廣大的采礦工作者對沖擊礦壓的研究就從來沒有停止過。迄今為止，人們對沖擊礦壓的研究基本遵循一條研究路線：從觀察、記錄、和分析沖擊礦壓發(fā)生的現(xiàn)象、規(guī)模和顯現(xiàn)的特征入手，遵循從實(shí)踐到理論，反過來用理論指導(dǎo)實(shí)踐，并在新的實(shí)踐基礎(chǔ)上進(jìn)一步發(fā)展和完善這一理論。就研究內(nèi)容而言主要是沖擊礦壓的機(jī)理和沖擊礦壓預(yù)防和控制研究。其中最主要的研究內(nèi)容是沖擊礦壓機(jī)理的研究，它是沖擊礦壓預(yù)防和控制研究的理論基礎(chǔ)。沖擊礦壓發(fā)生機(jī)理十分復(fù)雜。各國學(xué)者在對沖擊礦壓現(xiàn)場調(diào)查及實(shí)

45、驗(yàn)室研究的基礎(chǔ)上，從不同角度相繼提出了一系列的重要理論，如強(qiáng)度理論、剛度理論、能量理論、沖擊傾向理論、三準(zhǔn)則和變形系統(tǒng)失穩(wěn)理論等。2.4.1 強(qiáng)度理論早期的強(qiáng)度理論著眼于巖體的破壞原因，認(rèn)為地下井巷和采場周圍產(chǎn)生應(yīng)力集中當(dāng)應(yīng)力集中程度達(dá)到煤巖體的強(qiáng)度極限時就發(fā)生沖擊礦壓。近代的強(qiáng)度理論主要考慮“巖體圍巖”系統(tǒng)復(fù)雜受力狀態(tài)的極限平衡條件，并注重對實(shí)測資料的定量分析。近代強(qiáng)度理論的破壞準(zhǔn)則最具有代表性的時Hock和Brown于1980年提出的經(jīng)驗(yàn)型的強(qiáng)度準(zhǔn)則：式中1最大主應(yīng)力，MPa； 3最小主應(yīng)力，MPa； c完整巖石材料的單軸抗壓強(qiáng)度，MPa； m常數(shù)，取決于巖石性質(zhì)和承受破壞應(yīng)力前巖石已經(jīng)破

46、壞的強(qiáng)度。2.4.2 剛度理論剛度理論是Cook和Hodgei于20世紀(jì)60年代中期根據(jù)剛性試驗(yàn)機(jī)理論得到。剛度理論認(rèn)為礦山結(jié)構(gòu)剛度的剛度大于礦山負(fù)荷的剛度是產(chǎn)生沖擊礦壓的必要條件。80年代佩圖霍夫認(rèn)為，沖擊礦壓是因?yàn)槟抢锏拿海◣r）體破壞時實(shí)現(xiàn)了柔性加載條件，并且明確認(rèn)為礦山結(jié)構(gòu)的剛度是峰值后的載荷變形曲線下降段的剛度。其沖擊礦壓發(fā)生的判斷準(zhǔn)則為：k+0式中：k圍巖剛度；煤柱屈服后的剛度2.4.3 能量理論能量理論是Cook根據(jù)沖擊礦壓發(fā)生時產(chǎn)生的地震，破壞和拋出巖石等動力現(xiàn)象需要大量的能量的事實(shí)，提出了礦體圍巖系統(tǒng)在其力學(xué)平衡狀態(tài)破壞時，釋放的能量大于消耗的能量時，即產(chǎn)生沖擊礦壓，并且認(rèn)為這

47、種釋放的剩余能量就是產(chǎn)生沖擊礦壓的能量，其中一部分能量是從圍巖而不是礦體發(fā)源的。Brauner在此基礎(chǔ)上，考慮到時間因素，提出了從發(fā)生沖擊礦壓的判據(jù)：式中 WE圍巖儲存的能量； 圍巖的能量釋放有效系數(shù)； Ws礦體儲存的能量； 礦體的能量釋放有效系數(shù)； WD消耗于礦體與圍巖交界處和礦體破壞阻力的能量。2.4.4 沖擊傾向性理論沖擊礦壓的發(fā)生不僅與外部條件有關(guān)，而且還與煤巖的物理性質(zhì)有關(guān)，這種決定其產(chǎn)生沖擊礦壓的能力的物理性質(zhì)是煤巖體固有的屬性，稱為煤（巖）體的沖擊傾向。沖擊傾向理論是波蘭和前蘇聯(lián)學(xué)者提出的，我國學(xué)者在這方面做出了大量的工作，目前判別沖擊傾向的指標(biāo)主要有彈性能指數(shù)WET，沖擊礦壓有

48、效能量釋放率，沖擊能指數(shù)KE，破壞時間指標(biāo)Dt以及煤巖體的脆性系數(shù)K。據(jù)此給出的產(chǎn)生沖擊礦壓的沖擊傾向條件或判斷依據(jù)是：煤巖介質(zhì)的實(shí)際沖擊傾向度大于所規(guī)定的極限值。2.4.5 穩(wěn)定性理論穩(wěn)定性理論用于沖擊礦壓問題最早可追溯到20世紀(jì)60年代中期的NevilleCook的研究。穩(wěn)定性理論認(rèn)為，煤巖體達(dá)到強(qiáng)度僅標(biāo)志煤巖破壞的開始，進(jìn)入極限強(qiáng)度后變形的過程視為破壞過程，此時，煤巖體裂紋不斷擴(kuò)展，按照斷裂力學(xué)的觀點(diǎn)，裂紋失穩(wěn)擴(kuò)展需要滿足兩個條件：煤巖體應(yīng)力超過其極限強(qiáng)度和裂紋擴(kuò)展的能量釋放率大于其能量的消耗率。通常采用普通的平衡狀態(tài)失穩(wěn)的能量準(zhǔn)則，作為煤巖體變形系統(tǒng)平衡狀態(tài)穩(wěn)定性準(zhǔn)則。即認(rèn)為系統(tǒng)具有的

49、總勢能有極值，且是極小值時，則系統(tǒng)的平衡狀態(tài)是穩(wěn)定的，否則為非穩(wěn)定的，受到擾動將發(fā)生失穩(wěn)。當(dāng)系統(tǒng)失穩(wěn)所釋放的能量遠(yuǎn)大于消耗的能量時，才能有多余能量轉(zhuǎn)化為拋出煤塊的動能和地震能，而發(fā)生沖擊礦壓。要防治沖擊礦壓的發(fā)生，首先要對可能發(fā)生的沖擊礦壓危險(xiǎn)進(jìn)行評定，確定發(fā)生沖擊礦壓的危險(xiǎn)等級并進(jìn)行預(yù)測預(yù)報(bào)。目前對于沖擊礦壓危險(xiǎn)性評價(jià)，預(yù)測預(yù)報(bào)主要采用采礦方法，包括根據(jù)采礦地質(zhì)條件和開采條件確定沖擊礦壓危險(xiǎn)的綜合指數(shù)法確，數(shù)值模擬分析法，鉆屑法，煤巖層沖擊礦壓傾向性分類法等；采礦地球物理方法，包括微震法，聲發(fā)射法，電磁輻射法，振動法，重力法等。通過采用上述沖擊礦壓危險(xiǎn)性評價(jià)及預(yù)測預(yù)報(bào)方法，可以達(dá)到準(zhǔn)確預(yù)報(bào)沖

50、擊礦壓可能發(fā)生的地點(diǎn)和位置，較準(zhǔn)確地確定沖擊礦壓發(fā)生強(qiáng)度和震動釋放能量的大小。而對于沖擊礦壓的治理措施，主要從戰(zhàn)略性的防御和主動解危兩個方面進(jìn)行。戰(zhàn)略性和防御性措施主要有開采解放層，在進(jìn)行開采設(shè)計(jì)時，選擇合適的開采順序，開采方法和采煤工藝，力爭消除形成沖擊礦壓發(fā)生的因素。沖擊礦壓的主動解危措施主要有卸壓爆破，煤層注水，鉆孔卸壓，定向裂縫法等方法等。從研究情況看，沖擊礦壓雖然是煤礦的嚴(yán)重自然災(zāi)害，但若做好研究、預(yù)測和防治工作，是可以避免事故的發(fā)生的。2.5 多巷道，大采深，水旱交接多種災(zāi)害交織的研究現(xiàn)狀隨著煤礦采深的加深，采礦工程面臨的問題更加復(fù)雜，由此產(chǎn)生的工程災(zāi)害事故更為嚴(yán)重。理論和實(shí)際表明

51、，隨著采深的加大，煤礦沖擊礦壓的強(qiáng)度，頻率，瓦斯突出，瓦斯爆炸，煤層自燃等礦井災(zāi)害危險(xiǎn)性加大，并且，往往這些災(zāi)害交織在一起，給礦井的預(yù)防帶來了極大的困難，為此，很多科研人員對此花費(fèi)了大量的時間，提出了一些理論和方法，對多種災(zāi)害的預(yù)防有著積極的意義。多種災(zāi)害交織的綜合評判一直是廣大科研人員研究的熱點(diǎn)，目前國內(nèi)外在評估的理論、方法及應(yīng)用等方面做了大量的研究工作，有的已形成了較為完善的評估程序和評估方法，并用法規(guī)形式確定了評估在決策過程中的地位和作用。 國內(nèi)外在項(xiàng)目尤其是科研項(xiàng)目評估方面采用的方法很多，但就評估而言并沒有通用的方法庫，評估者在評估的實(shí)踐中，往往是根據(jù)不同的目的、對象確定不同的方法。通

52、常比較常用的方法主要包括同行評議法、層次分析法、加權(quán)優(yōu)序法、效用函數(shù)法、相關(guān)分析法、綜合評價(jià)法及模糊綜合評價(jià)法等。由于多種災(zāi)害的評估是一種跨學(xué)科、跨層次的綜合性工作，它既要求社會科學(xué)、經(jīng)濟(jì)學(xué)與自然科學(xué)的綜合，又要求決策層、執(zhí)行層與研究層的結(jié)合。因此，一些很好的評估方法很難在煤礦多種災(zāi)害發(fā)揮應(yīng)有的作用，目前在煤礦的多種災(zāi)害當(dāng)中用得比較廣泛的有模糊分形、分維法，灰色系統(tǒng)理論，模糊神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)等方法。由于煤礦災(zāi)害眾多，因此，根據(jù)交織的災(zāi)害不同，其防治的措施不同，就多巷道，大采深，水旱交接條件下，煤礦沖擊礦壓，瓦斯突出、爆炸，煤層自燃等多種災(zāi)害交織在一起幾乎還沒有人研究，因此，對這種條件下的煤礦沖擊礦壓，

53、瓦斯突出、爆炸，煤層自燃的預(yù)測綜合評判和防治措施對煤礦的安全生產(chǎn)有著積極的意義。2.6 7431工作面災(zāi)害危險(xiǎn)性分析7431工作面相鄰的7339工作面初采期間，由于老頂大面積來壓造成采空區(qū)瓦斯瞬時大量涌出，工作面回風(fēng)流中瓦斯?jié)舛冗_(dá)3%，上隅角瓦斯?jié)舛雀哌_(dá)8%，持續(xù)時間為1h。在7339工作面回風(fēng)巷與7337工作面采空區(qū)交界處的7#密閉附近發(fā)生過煤炭自燃，并在靠近7339工作面回風(fēng)巷側(cè)出現(xiàn)明火。7431工作面開采深度大（達(dá)899m）、瓦斯壓力大于1.5MPa、瓦斯涌出量大，工作面地質(zhì)條件復(fù)雜，有多處斷層沿工作面傾斜方向分布或在工作面尖滅，有些斷層落差較大，工作面搬家后將留下斷層煤柱。此外，沿工作

54、面走向既有實(shí)體煤柱區(qū)又有采空區(qū)煤柱區(qū)，且煤柱寬度18m處在7339和7431兩個工作面采動的集中應(yīng)力帶內(nèi)。由于開采條件的復(fù)雜性，在7431工作面開采過程中具有形成沖擊礦壓的危險(xiǎn)性、瓦斯異常涌出的危險(xiǎn)性、上隅角瓦斯超限、采空區(qū)及煤柱隔離帶破碎煤體自燃發(fā)火的危險(xiǎn)性。通過本項(xiàng)目的研究將獲得7#煤層瓦斯參數(shù)及對綜采放頂煤工作面安全生產(chǎn)的影響，綜采放頂煤工作面初采過程中可能出現(xiàn)的異常瓦斯涌出及其防治對策、深部開采過程中煤與瓦斯突出危險(xiǎn)性及其防治對策，綜采放頂煤工作面瓦斯涌出規(guī)律及其防治對策，7339工作面老空區(qū)瓦斯沖擊涌出的可能性及其防治對策，綜采放頂煤工作面煤炭自燃防治對策，7339與7431工作面之

55、間煤柱隔離帶破碎煤體自然發(fā)火及其防治對策，深部高溫自然發(fā)火危險(xiǎn)工作面合理通風(fēng)量，井下移動抽放系統(tǒng)及其在7431工作面應(yīng)用的可能性，7339與7431工作面之間煤柱應(yīng)力分布、沖擊礦壓危險(xiǎn)性及其防治對策，深部開采過程中回采工作面沖擊礦壓危險(xiǎn)性及其防治，深部開采過程中回采工作面礦壓顯現(xiàn)規(guī)律及合理工作阻力確定，初次來壓過程中沖擊礦壓危險(xiǎn)性及其防治對策，斷層帶附近沖擊礦壓危險(xiǎn)性及其防治對策，最終實(shí)現(xiàn)深部復(fù)雜條件綜采放頂煤工作面的安全生產(chǎn)。這些成果對孔莊礦的深部開采具有重要的指導(dǎo)意義。上海大屯能源股份有限公司所屬煤礦逐步轉(zhuǎn)入深水平開采，隨著開采深度的增加，煤與瓦斯突出問題越來越嚴(yán)重。因此開展好本項(xiàng)目的研究

56、工作，對保證集團(tuán)公司的安全生產(chǎn)，提高煤礦開采的技術(shù)經(jīng)濟(jì)效益，具有十分重要的現(xiàn)實(shí)意義。3 7431工作面瓦斯災(zāi)害及其防治對策3.1 工作面煤層瓦斯賦存及涌出預(yù)測分析3.1.1 煤層瓦斯含量 煤的瓦斯含量是指單位重量煤體中所含的瓦斯量(m3/t),它分為游離瓦斯含量和吸附瓦斯含量。其計(jì)算式為：式中：單位重量煤的孔隙容積，m3/t； 煤層瓦斯壓力，MPa； 標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下的絕對溫度()和壓力(MPa)； 瓦斯壓縮系數(shù)； 煤的極限瓦斯吸附量，m3/t； 吸附常數(shù)，MPa-1； 實(shí)驗(yàn)室測定煤吸附常數(shù)時的實(shí)驗(yàn)溫度，； 煤層溫度，； 煤的灰分和水分，%。 表3-1給出了不同地點(diǎn)7#煤層和8#煤層瓦斯吸附實(shí)驗(yàn)結(jié)果

57、，圖3-1為7#煤層瓦斯含量隨煤層瓦斯壓力的變化，圖3-2給出了煤層瓦斯壓力隨開采深度的變化。由上述結(jié)果可知，7431工作面開采7#煤層距地表垂深為770899m，平均垂深按850m計(jì)算，煤層瓦斯壓力達(dá)到1.7MPa，煤層瓦斯含量為6.00m3/t。由于距7#煤層底板下方8.2m的8#煤層無實(shí)際瓦斯壓力測定結(jié)果，故在工作面瓦斯涌出預(yù)測時，8#煤層的瓦斯壓力取與7#煤層相同的數(shù)據(jù)，8#煤層的瓦斯含量為6.00m3/t。表3-1 煤層瓦斯吸附實(shí)驗(yàn)結(jié)果取樣地點(diǎn)吸附常數(shù)a/m3/t吸附常數(shù)b/MPa-1灰份A /%水份W /%-785m8煤層16.530.59827.962.26-785m7煤層17.

58、240.5299.672.647337溜煤上山19.800.44317.372.457335回5順槽25.320.3816.982.40圖3-1 7#煤層瓦斯含量隨瓦斯壓力的變化（-785m實(shí)驗(yàn)結(jié)果）圖3-2 7#煤層瓦斯壓力隨開采深度的變化3.1.2 掘進(jìn)工作面瓦斯涌出量預(yù)測3.1.2.1 巷道煤壁瓦斯涌出量計(jì)算根據(jù)孔莊礦綜放7338工作面的掘進(jìn)工作面巷道煤壁瓦斯涌出量的參數(shù)考察，得出了孔莊礦掘進(jìn)工作面瓦斯涌出的預(yù)測公式如下：式中:在掘進(jìn)速度為v，巷道長度為時的煤壁瓦斯涌出量，m3/min。為掘進(jìn)巷道長度，m; 為日平均掘進(jìn)速度，m/d;q0m初始（相當(dāng)于t=0時）煤壁瓦斯涌出系數(shù)，（m3/

59、min.m），取0.0059； 線性常數(shù)，取0.701。由上式可以得出不同掘進(jìn)速度下，不同巷道長度的煤壁瓦斯涌出量，見表3-2。表3-2 不同長度巷道長度的煤壁瓦斯涌出量 計(jì)算表 單位：m3/min 速度(v)長度(L)510152025301000.14850.20960.25160.28350.30900.33022000.20350.29700.36510.41930.46450.50323000.24180.35840.44550.51640.57660.62894000.27210.40710.50960.59400.66650.73015000.29750.44800.56360.

60、65960.74250.81606000.31950.48370.61060.71680.80900.89107000.33920.51540.65260.76790.86840.95828000.35690.54420.69060.80420.92231.01923.1.2.2 落煤瓦斯涌出掘進(jìn)巷道中另一部分瓦斯來源是采落煤炭中涌出的，其落煤瓦斯涌出量主要取決于落煤量,煤層瓦斯含量與煤運(yùn)出采區(qū)巷道時的殘存瓦斯含量,單位時間內(nèi)掘進(jìn)落煤瓦斯涌出量按下式計(jì)算:式中:掘進(jìn)落煤瓦斯涌出量，m3/min; S掘進(jìn)巷道毛斷面，m2; 日平均掘進(jìn)速度，m/d; g煤的容重，t/m3; 煤層原始瓦斯含量，m3