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河南緩傾斜煤層工作面頂?shù)装宸诸愌芯?/p>

1井田內、暗斜井分布由原鄭州世博實業(yè)有限公司和鄭州世富實業(yè)有限公司聯(lián)合而成，生產能力為45萬噸/a。該礦井采用2立井多水平上下山開拓方式,主井凈直徑為4.5m,井深510m,副井凈直徑為5.0m,井深505m,2個井筒落底于二1煤層底板砂巖-118m水平,井底車場、主排水泵房、主變電所、井底煤倉等主要巷道和硐室均已建。第1水平標高為-100m,上山開采;第2水平標高為-250m,上下山開采;2個水平采用暗斜井聯(lián)系。井田內共劃分為5個采區(qū)。礦井開采二1煤層,瓦斯鑒定等級為高瓦斯礦井,煤塵不具爆炸危險性,屬不易自燃煤層;井田面積5.5028km2,井田內二1煤層全區(qū)發(fā)育,是該區(qū)的主要可采煤層,局部厚度變化較大,層位穩(wěn)定,結構簡單,厚為0～15m,平均為3.31m,全區(qū)普遍可采。但由于受蘆店滑動構造F1的影響,二疊系地層大部分被鏟蝕掉,僅殘存山西組下部部分地層,在礦區(qū)中部形成1條無煤帶,礦井首采區(qū)出現(xiàn)薄煤帶和煤層斷失現(xiàn)象。井田內蘆店滑動構造F1主滑面基本沿二1煤層附近延伸,有一定起伏;二1煤層局部被鏟蝕,造成無煤帶?；瑒訕嬙鞄?破碎)厚為0.68～30.85m,一般為8.5m,由角礫巖、斷層片和破碎巖組成,下距二1煤層0～23.4m。礦井首采區(qū)位于-118m水平以上的南一采區(qū),軌道上山布置在煤層底板中,運輸上山布置在煤層中。設計采用走向長壁采煤法,炮采放頂煤回采工藝,工作面采用DZ22-30/100型單體液壓支柱配П型鋼金屬頂梁支護,全部垮落法控制頂板。2該區(qū)域內2.1層頂板質量分析據(jù)1991年《河南緩傾斜煤層工作面頂?shù)装宸诸愌芯繄蟾妗?慧祥煤業(yè)有限公司周邊開采二1煤層的礦井頂?shù)装宸诸惽闆r見表1。3周邊工作面老頂運動規(guī)律為了分析二1煤層頂?shù)装逍再|,將井田范圍內的地勘鉆孔的鉆探成果進行統(tǒng)計分析,見表2。通過對井田內14201等8個鉆孔資料分析,可以得出以下結論:1)該礦與鄰近礦頂?shù)装逍再|類似,其直接頂屬Ⅰ類即不穩(wěn)定頂板。大部分地區(qū)老頂巖層不屬堅硬巖層或有較薄的砂巖,通過對周邊鄰近礦井頂板資料類比分析可確定該礦井田內大部分地區(qū)為Ⅰ級老頂,其來壓不明顯。2)煤層直接底板為泥巖或砂質泥巖,由于煤層底板有起伏,工作面底板可能為煤層本身,故煤層底板應為Ⅰ—Ⅲ類,屬極軟和較軟類。3)井田內局部地區(qū)如14501孔(見圖1)附近的直接頂厚度為1.57m,小于鉆孔內煤層2～4倍的厚度,其上有較厚的堅硬巖層,此區(qū)域工作面的老頂運動對頂板控制有較大影響。4)在礦井首采區(qū)沿走向的中部地段,由于受蘆店滑動構造F1的鏟蝕、下切作用,使二疊系石千峰組下段的平頂山砂巖層壓覆在二1煤層之上(見圖2),即巨厚層位的平頂山砂巖層直接位于二1煤層工作面的垮落帶范圍內,可能成為工作面頂板的重要含水層,不僅會造成工作面突水,還將給回采作業(yè)頂板控制帶來困難。4采場支護時頂板控制的風險該礦大部分地區(qū)頂板性質屬Ⅰ類直接頂和Ⅰ級老頂,由于受蘆店滑動構造F1影響,頂板異常破碎。在單體支柱支護頂板的工作面,在靠煤幫附近、工作面兩端、放頂線附近等地點,由于支護不及時或端面距過大、支柱初撐力不夠、放炮參數(shù)設計不合理、煤層強度低等在靠近煤壁處易產生片幫;在放頂回柱及遇地質破壞帶時易發(fā)生局部漏冒型冒頂;如果煤層傾角較大,采面支護系統(tǒng)中某個地點支護失效發(fā)生局部冒頂,使自然安息角以上的破碎頂板將沿安息角垮落,使下方支架失穩(wěn),會導致發(fā)生大面積漏垮型冒頂事故。由圖1知,二1煤層厚7.67m,當碎脹系數(shù)取1.33時,垮落帶高度為23.24m;而二1煤層直接頂泥巖厚僅為1.57m,垮落后僅可充填2.3m,不足以完全充填垮落帶。要充填滿23.24m的垮落帶高度,要求直接頂厚度為17.5m,二1煤層至中粒砂巖之間有10.87m的巖層,只能充填14.5m的空間,可見垮落帶內還有4.04m的自由空間需上覆的中粒砂巖層來補充。從上述分析得知,14501孔附近的區(qū)域采掘作業(yè)面頂板控制可能存在以下頂板事故:1)8.08m厚的細砂巖,在其斷裂、旋轉、下沉及觸矸過程中,如果鉸合點處的剪切力大于巖塊間的摩擦力時,斷塊間將失去水平力的聯(lián)系,從而不能形成平衡結構,煤層砂巖頂板會轉化為直接頂,屬垮落帶老頂。煤層砂巖的運動規(guī)律與其力學性質有關,因而會引發(fā)2類災害事故:①當巖層呈分層剝落式垮落,具有一般直接頂?shù)目迓涮卣?即隨放頂各分層依次垮落,此種情況不會發(fā)生垮落帶老頂壓垮型冒頂,但當支護失效時,可能造成漏冒型冒頂事故;②當8.08m厚的細砂巖處于垮落帶,由于強度較大,在采空區(qū)有一定長度的懸梁,懸梁呈周期性斷裂垮落,其重量均由支架承受,當采場支架支撐力不足時會發(fā)生壓垮型冒頂。2)層厚17.07m的中粒砂巖和厚7.43m的粗粒砂巖組合成堅硬的老頂,成為該區(qū)域的主要關鍵層老頂,其活動規(guī)律對工作面頂板控制影響大。厚達17.07m的中粒砂巖在斷裂、下沉、旋轉、觸矸過程中,在其下方有4m自由空間情況下,能否由斷塊之間水平力擠壓而形成能承受載荷的平衡結構是頂板控制的關鍵。錢鳴高院士在“砌體梁”理論中提出:老頂巖層必須具備2個條件才能形成平衡結構(即進入斷裂帶),第一,巖層厚度要比其下方自由空間的高度大得多;第二,老頂斷塊長度與其巖層厚度的比值應大于2。據(jù)此推測地層中粒砂巖的斷塊形成平衡結構的可能性很大,但此層的斷裂、旋轉、下沉運動對下伏巖層的動載作用不可忽視,采場支護必須具備相應的可縮性和抗動載的能力,否則會導致壓垮型冒頂事故發(fā)生。3)在首采中部地區(qū)(見圖2),由于蘆店滑動構造F1的影響,致使二疊系石千峰組下段的平頂山砂巖層壓覆在二1煤層之上,當頂部1.57m的泥巖隨采動垮落后,巨厚層位的平頂山砂巖層直接出露于二1煤層工作面的垮落帶范圍內,由于其厚度大,且較堅硬,在采空區(qū)側會形成一定長度的懸頂,在遇此情況時,為保證采場安全,必要時可采取超前工作面用鉆孔爆破法、高壓注水法預先松動或弱化頂板等方法強制放頂,預防厚層堅硬頂板大面積垮落而發(fā)生推垮型冒頂事故。4)由于井田范圍內二1煤層底板為泥巖,強度極低,屬于Ⅰ—Ⅲ類,尤其是支柱座在煤層和軟泥巖時,支護系統(tǒng)剛度低,易造成直接頂和老頂離層而引發(fā)各種頂板災害事故。5做好工作面的施工管控,防止冒頂事故發(fā)生1)合理布置采煤工作面和采準巷道,避免產生應力集中。2)工作面上下安全出口加強支護,安全出口與巷道連接處20m范圍內,必須采取超前支護措施。3)采掘、維修作業(yè)過程中,嚴禁空頂作業(yè),必須嚴格執(zhí)行“敲幫問頂”制度;采掘工作面和巷道維修作業(yè)必須編制《施工作業(yè)規(guī)程》。4)由于井田內鉆孔密度低,數(shù)量少,各回采作業(yè)面生產時應對頂板采取打鉆孔等措施,對頂板巖性尤其是滑動破碎帶的分布進行分析,及時調整支護方式和頂板控制措施。5)加強對回采工作面頂板來壓的預測預報工作;在頂板初次來壓和周期來壓期間,加強工作面頂板控制,預防冒頂事故發(fā)生;該礦隨著開采向深部延伸,壓力顯現(xiàn)與采深的增加呈正相關性,對巷道礦壓控制可采取單項或聯(lián)合措施,對回采工作面可采用液壓支架進行支護,增強支架對頂板的初撐力,防止頂板離層,預防采掘工作面冒頂片幫事故的發(fā)生。6)該礦二1煤層的底板松軟,支護系統(tǒng)剛度小,在工作面支柱處于煤層和低強度泥巖地段時,應采取防止支柱插入底板的措施。6不穩(wěn)定頂板類二1煤層受滑動構造影響,煤層強度低,多以粉末狀產出;煤層直接頂板主要為深灰色泥巖和砂質泥巖,次為粉砂巖和細粒砂巖,屬Ⅰ類即不穩(wěn)定頂板;大部分地區(qū)老頂