孤岛工作面条带开采的危害及应对措施
孤岛高突工作面灾害成因及防治措施.pdf522
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工作面概况
12160 工作面位于戊二下延采区西翼， 戊9-10 东
起采区下山， 西至戊四采区上山保护煤柱， 南邻已开 12140 工作面， 12180 采空 采完毕的戊9-10 北邻戊9-10 该工作面为孤岛开采。 戊9-10 煤层瓦斯压力 1. 7 区，
3 MPa， 瓦斯含量 18 m / t， 为突出煤层， 煤层一般厚为
4. 3 ～ 4. 9 m， 平均厚 4. 5 m， 煤层倾角在 9° ～ 12° ， 平 均 10° ， 埋深 610 ～ 710 m。直接顶为砂质泥岩， 距煤 层顶板 2. 2 ～ 8. 8 m 为戊8 煤（ 厚 0. 6 ～ 0. 9 m） ； 基本 顶为细砂岩； 直接底为泥岩及砂质泥岩， 基本底为砂 质泥岩及粉砂岩。
图2
突出强度与地质构造关系曲线
2. 3
应力集中
（ 1 ） 区域 预 抽 瓦 斯。 采 用 本 煤 层 钻 孔 预 抽 瓦 12160 工作面运输、 回风巷布置顺层钻 斯： ① 戊9-10 孔， 孔径 113 mm。②在高位中间巷向工作面戊9-10 煤 预抽工作面本煤层钻孔 层施工穿层预裂爆破钻孔， 空白带瓦斯。 （ 2 ） 工作 面 浅 孔 预 抽 瓦 斯。 作 为 区 域 补 充 措 在工作面直接布置 2 排89 mm 的浅孔， 孔间距 施， 1. 5 m。钻孔每打完 1 个， 进行联网抽放， 最后 1 个 孔的联网抽放时间不得小于 2 h。 3. 3 煤层注水 在回风巷往下 20 m， 运输巷往上 20 m 采面范 围内布置 2 排 89 mm 的注水孔， 孔间距 1. 5 m。 第 1 排钻孔距煤层顶板 1. 8 m， 孔深 10 m； 第 2 排钻 孔深 16. 5 m； 抽放完毕后进行 孔距煤层顶板 2. 6 m， “挂汗” 煤体注水， 直至煤壁 或邻近孔出水为止。 3. 4 松动爆破 12160 工作面执行局部综合治理措施后， 戊9-10 在回风巷往下 20 m、 运输巷往上 20 m 采面中间每 隔 10 m 布置 1 个 89 mm、 深 16. 5 m 的震动爆破 孔， 共计 16 个松爆孔， 松动爆破孔第 1 天松爆 8 个，
孤岛工作面条带开采的危害及应对措施
孤岛工作面、条带开采的危害及应对措施一、孤岛工作面开采（一）孤岛工作面开采的危害孤岛工作面不同方向支承压力的迭加,是孤岛工作面开采中的一个重要特点，两巷及两端头煤体受采动及相邻采空区残余应力双重影响，巷道围岩松动圈较大、压力显现更为明显，围岩变形速度较大变形严重。
采动过程中工作面两巷围岩会处于流变状态，并且受到高应力作用而加剧变形，严重威胁人员出入和机械设备的正常运转；一定条件下，采场顶板覆岩结构失稳会对工作面支架造成冲击载荷，形成大面积片帮，严重时会造成支架压死、设备损坏，挤出的煤体会封堵工作面出口，同时导致瓦斯涌出量增加等工程灾害。
另外，回采速度对围岩变形的影响较大，推进度越快,工作面底鼓和两帮移近量越小;推进度越慢,工作面底鼓和两帮移近量越大。
（二）采取的针对性解决措施在不得已要形成孤岛工作面并进行开采时，针对上述危害，应采取以下措施：一是加大超前支护范围，增加超前支护范围内的支护密度,加大巷道卧底量。
二是加强工作面顶板的超前管理，主要是掘进期间超前加大锚网索支护强度，使用加长锚索，使之能够伸入到巷道围岩松动圈以外，增加顶板的自身悬吊能力；回采时在距工作面一定范围内超前加打点柱、木垛、工字钢棚等加强支护。
三是对材料巷自工作面向外一定范围内的巷帮进行扩帮,以增加巷道宽度保证工作面设备的拉移。
四是对运输巷超前一定范围内进行卧底，以保证回风断面和人行道高度。
五是加强生产环节管理，保证工作面外围系统的通畅，加强工作面设备检修，提高开机率，加快工作面推进度，尽量减少采动压力对两巷的影响。
六是加强工作面及两巷的应力监测，摸清应力分布状况，发现应力异常及时采取卸压措施。
二、条带开采（一）条带开采的危害条带开采分为充填条采与冒落条采，主要缺点是回采率低（一般为50%～60%），掘进率高，开采工艺复杂，效率低。
在具体应用过程中，留宽过大，采出率低，留宽过小，煤柱易遭破坏；采宽过大，地表可能出现不均匀下沉，对保护建筑物不利，采宽过小，则回采率低。
孤岛工作面上行开采安全性分析
２ ０ １ ３年 ３月 １ ３ 日收 到
第一作者简介 ： 海林鹏 （ １ ９ ７ ９ 一） ， 男， 河南周 口市人 ， 博士研 究生 ， 河
南理工 大 学 计 算 机 科 学 与 工 程 学 院 讲 师 。Ｅ ｍａ ｉ ｌ ： ５ ４ ０ ４ ８ ０ １ ４ ８ ＠
⑥
２ ０ １ ３ Ｓ ｃ ｉ ． Ｔ ｅ ｃ ｈ ． Ｅ ｎ ｇ ｒ ｇ ．
矿冶技术
孤岛工作面上行开采安全性分析
海林 鹏
（ 河南理工大学 计算机科学与工程学院 ， 焦作 ４ ５ ４ ０ ０ ３ ）
摘
要
孤 岛工作 面开采 一直是煤矿管理工作 中的重 点， 而 对其进行 上行开采 更加大 了开采难度 。根据 山东欢城煤 矿 ３ 、
作面 ； 而且 由 于 ３ １ ７ ０ ６ 、 ３ １ ７ ０ ７工 作 面两 侧 均 为 采 空 区， 成 为 孤 岛煤 柱 。为 了确 保 ３ １ ７ ０ ６ 、 ３ １ ７ ０ ７工 作 面
的安全 开采 ， 并 维 持 矿 井 的生 产 能 力 ， 延 长 矿 井 的
服务 年限 ， 节省煤炭资源 ， 欢 城 煤 矿 决 定 上 行 开 采
３ ２ ７ ０ ７工作 面分别 于 ２ ０ ０ ３年 １ １ 月及 ２ ０ ０ ４年 ８月 回 采 完毕 ， 因此 ３ １ ７ ０ ６ 、 ３ １ ７ ０ ７工 作 面 属 于 上 行 开 采 工
般 落 ， 属Ⅱ
类顶 板 。直 接底 有 ０ ． １ ＿ ＿ ０ ． ２ ｍ 的泥 岩 ， 老底 为砂 质 泥岩 、 细一 中砂 岩 ， ３ 与 ３ 下间距 ３ ２ ． １ － － ４ ３ ． ０ ｍ， 平 均３ ６ ． １ ７ ｍ。３ ２ ７ ０ ０开 采 ３ 下煤层 ， ３ 下煤层 直 接 顶 一 般 为 中一 细 粒砂 岩 ， 局 部有 泥 岩 、 砂 质 泥岩 ， 直 接 底 有０ ． １ － － ０ ． ２ １ ＇ １ １ 的泥岩 ， 老底 一般 为粉 一 中砂岩 。其 各工 作面 相对位 置见 图 １ 所示。
孤岛采煤工作面冲击地压防治技术研究
孤岛采煤工作面冲击地压防治技术研究近年来，中国煤炭开采行业多次发生煤矿孤岛工作面冲击地压事故，造成了一定人身伤害与经济损失，严重影响了我国煤炭业的安全生产。
因此，孤岛工作面冲击地压防治技术已经成为了煤炭安全开采的重要研究课题，需要在原理上阐明孤岛采煤工作面产生冲击的原因和机制，为评估孤岛采煤工作面的可采性和安全性提供科学依据。
本文总结了孤岛工作面产生的原因和机理，并积极探索研究了孤岛采煤工作面地压防治的技术。
标签：孤岛采煤;工作面;冲击地压;防治技术1 引言自工业革命以来，煤炭作为地球上储量最大的化石能源一直作为人类最重要的能源支撑，而大量的煤炭开采，使得易采煤炭资源逐渐枯竭，煤矿正在进入孤岛工作面开采阶段。
但对于孤岛采煤工作面的可采性和安全性在科学和工程学上还没有明确的评价标准和判断方法，因此导致频繁发生孤岛采煤工作面冲击地压事故的频繁发生，比如近几年在黑龙江、江苏、河南、山东、新疆和辽宁等煤矿都发生了此类事故，对煤炭的安全开采工作带来了较为严重的损害，给人民的生命财产安全造成了较大的损失。
因此，国内外诸多煤炭开采专家均展开了对孤岛工作面冲击地压的产生原理、破坏形式、预测预防和处理方式等多方面的研究，并取得了一定的科研成果，但仍然无法完全对孤岛工作面冲击地压形成有效防治，主要原因是未能提出可靠有效的工作面冲击危险性识别方法，并建立行之有效的防治体系。
本文对防冲的孤岛工作面冲击地压的产生机理进行了总结和阐述，对孤岛工作面冲击地压防治技术进行了总结、探索与研究。
2 孤岛工作面冲击地压的产生原因和机理近年来，国内外很多专家学者对孤岛工作面冲击地压的产生原因和机理进行了大量的研究，主要取得以下理论成果：（1）冲击地压主要有煤体压缩型、顶板断裂型和断层错动型三类。
煤体压缩型冲击的发生原因是：当煤炭结构由平衡态过渡到非平衡态时，如果发生了外界扰动，导致煤岩结构失稳;顶板断层型冲击发生的原因是：强大的压力导致顶板产生微破裂，采动扰动使这种微破裂以雪崩扩展形态发生拉伸失稳;断层错动型发生的原因是：在煤岩断层区域，煤炭开采活动引发了断层活化错动，引发错动型冲击地压。
315孤岛面开采技术方案及措施2010.5.9
1．1 总体方案1．1．1概述315孤岛煤柱面旧巷不仅总长大，而且种类和形式多样，给回采带来很大困难。
从旧巷与工作面的层位（剖面位置）来看，分三种情况：①旧巷完全在工作面里，也就是说旧巷在采高范围内，通常称为本层（位）旧巷。
②旧巷在工作面上方，称为顶层旧巷，顶层旧巷也分为两种情况，一种是旧巷完全在工作面顶板上方，称为完全顶层旧巷。
对于315来说，就是指旧巷在工作面顶煤或顶板中，没有进入工作面；另一种情况指旧巷部分在工作面里面，也就是说旧巷顶板位置超过了采高，称为部分顶层旧巷。
③旧巷在工作面下方，称为底层旧巷，底层旧巷分为两种情况，一种是旧巷完全在工作面底板下方，称为完全底层旧巷。
对于315来说，就是指旧巷在工作面底板岩石中，没有进入工作面；另一种情况指旧巷部分在工作面里面，旧巷卧底半煤岩掘进时造成成这种情况，称为部分底层旧巷。
从旧巷与工作的平面位置关系看，也分为三种情况：①与旧巷平行，在315中包括各区段顺槽旧巷和与东总回联络的皮带联络巷等。
②与旧巷垂直或斜交，在315中包括东轨下山、东总回和与东轨联络的轨道联络巷。
③立交，在315中包括溜煤眼。
1．1．2 本层（位）旧巷（A）由于平面位置的不同，分两种情况，一是与工作面平行的本层（位）旧巷，另一个是与工作面垂直或斜交的本层（位）旧巷。
（1）与工作面平行（A —1）315范围内的各工作面顺槽旧巷，有许多是沿煤层底板掘进的，由于顺槽净高度大多不超过3米，因此这部分沿底掘进或留少许底煤掘进的巷道在采高范围内，工作面通过这类旧巷的总体方案是：①工作面伪斜开采。
在工作面顺槽前调斜角度5度，机头超前机尾大约12米。
②在工作面距离顺槽30m 以前，使用3.6×0.15×0.2m 板梁（板梁长度根据巷道宽度确定，应与巷道宽度相适应）和单体支柱架设垂直或斜交巷道的横向抬棚，使抬棚尽可能垂直工作面布置，抬棚一梁三柱，棚距为1m ，同一棚下的三棵支柱可均匀排列，但里排（靠工作面老塘侧）单体支柱支设在距板梁里侧端头600mm 处，以便工作面推透顺槽旧巷后支架前梁能逮住抬棚梁头。
孤岛煤柱综放工作面开采专项防冲措施探讨
图 2 7 0 8 两 道 大 直 径 卸 压 钻 孔 布 置 不 意 （m )
7 0 8 工 作 面 两 巷 道 必 须 提 前 施 工 卸 压 钻 孔 ，保 证工作面两道超前150 m 卸 压 。钻孔卸压后要用钻 屑 法 检 验 卸 压 效 果 ,如 局 部 应 力 集 中 突 显 ，需进行多 次卸压直至解危。 3. 2 注水卸压方案
水结束后，采 用 管 网 压 力 （3 ~ 5 MPa) 静 压 进 行 补
95
2021耳6 用
张 严 ：孤岛煤柱综放工作面开采专项防冲措施探讨
第30象第6 期
水 ，根据煤体渗水情况控制单孔注水流量。
3 . 3 解危效果检验
3)
每孔动压平均注水时间42 h;静压不计注 工作面开采过程中，对采取卸压解危措施的区
[责 任 编 辑 ：王伟瑾]
图 3 708工作面注水钻孔剖面示意
(上 接 第 8 0 页）吸附在煤层中的硫化氢工作面硫化 氢 的 主 要 来 源 ，在 割 煤 期 间 从 新 裸 露 煤 壁 和 落 煤 中 释放到工作面，从 而 造 成 回 风 流 含 有 硫 化 氢 气 体 。 利 用 12315工作面注水系统,对钻孔注碱性溶液治 理 硫 化 氢 方 案 进 行 整 体 设 计 ，现 场 监 测 效 果 表 明 ，采 用 钻 孔 注 碱 性 溶 液 治 理 硫 化 氢 之 后 ，12315工作面 正巷回风流当中的硫化氢浓度开始显著降低，其浓 度最终保持在4 x l (T6 以下，取得了良好的现场应用 效果。
4 效果评价
利 用 钻 屑 法 进 行 效 果 检 验 ，确 定 下 一 轮 注 水 要 求 。
两道注水钻孔均垂直巷帮布置，孔 径 94 mm,组
通 过 以 上 专 项 防 冲 措 施 的 实 施 ，较好的 保 证 了
孤岛工作面冲击危险性分析及防治研究
为 １ｍ ０ 。用胶结袋收集钻 出的煤粉 ， 用测力计称量煤
２１年 期 ０１ 第４
参战差 甜技
２１ ２
煤 矿 底 板 突水 因素 分 析 及 防 治
邓 华， 修 涛
２ ７０ ） ７６ ６ （ 山 县崔 庄 煤 矿 有 限 责 任公 司 ， 东 微 山 微 山 摘 要
（ ） 施 方 法 ： 用 风 煤 钻 打 眼 ， 用 螺 纹 式 联 接 ４实 采 采 的麻 花钻杆 ， 每节长 １０ ＠ ２舳 的钻头 ， ．ｍ， ４ 钻孔的深度
作者简介 ： 陈颖 ， ， 男 助理工程师 ， 毕业 于北京煤炭工业学校采矿专
业 ， 在 微 山 崔 庄煤 矿 有 限责 任 公 司从 事技 术 管 理 工作 。 现
的第七个工作面 ， 其南 面为 ２ ３上 ｏ ２工作 面的采空 区；
北面为 ２ 上 ０ ３ ６的采空区 ； 东面为 ２ ３上 ０ ． 工作面的 ４１
采空区 ， 西面以 Ｓ １断层 为界 ， Ｆ 形成三面采空 的孤岛状 态， 预计局部的Байду номын сангаас力集 中对正常 回采 可能产生影响 。 在采动影响下 ， 厚层坚硬砂 岩顶板 岩层 的活动就 会使得煤层的大量 弹性 能不 断的积聚 与释放 ， 大 了 增
２ ３上 ０ ． ４ ２工作面为孤 岛工作面 ， 于二采区 ， 位 开 采 ３上煤层 ， 标高 … ９ ３ １ 埋藏较浅 ， ２４ ９ ｍ， 因而采用
常规矿压监测配合钻屑法进 行冲击危险性 的监测预报
工作 。 ３ １ 常规 冲 击 地 压 观 测 ．
，收 稿 日期 ：０ ０—１ ２ ２１ ２— ７
东瞧晨 舛技
２１年 期 ０１ 第４
孤 岛工 作 面 冲 击 危 险 性 分 析 及 防 治研 究
无冲击地压矿井孤岛工作面预防冲击地压安全 防范措施探讨
无冲击地压矿井孤岛工作面预防冲击地压安全防范措施探讨作者：章俊来源：《卷宗》2018年第23期摘要：恒晋煤业为无冲击地压矿井，9205工作面为孤岛工作面，工作面准备期间，受邻近采空影响，巷道存在一定的变形、涨帮、底鼓等破坏现象，矿井制定了针对性的预防冲击地压措施，避免了高强度变形破坏及冲击地压现象发生，实现了工作面快速准备及安全生产关键词：孤岛工作面冲击地压安全措施皖北煤电恒晋煤业有限责任公司位于临汾市尧都区，主采9+10#煤层，采用综合机械化放顶煤开采工艺，核定生产能力120万吨/年。
该矿属低瓦斯矿井，水文地质类型为中等，矿井生产以来未发生冲击地压现象。
矿井9205工作面为西二采区最后一个综放工作面，该工作面为孤岛工作面，邻近工作面采空时间短，存在一定的地压释放影响，工作面准备及回采期间需要制定相应的预防冲击地压措施。
1 9205工作面基本概况9205工作面为9+10煤层西二采区第3个综放工作面，切眼靠近矿界保护煤柱线，两巷外侧均为采空区，机巷外侧为9203工作面采空区，风巷外侧为9105工作面采空区。
工作面倾斜宽191m，推进长度1053m，采用综合机械化放顶煤开采工艺，全部垮落法管理顶板。
2 9205工作面地质概况2.1 煤层9205工作面掘进区域9+10煤层倾角7°～12°，平均倾角9°，煤层厚度在4.56m～5.57m之间，平均厚度4.93m，含夹矸1～3层，岩性多为泥岩，夹矸总厚度0.3～0.90m，平均厚0.65m，煤层为稳定煤层。
2.2 煤层顶底板1）煤层顶底板岩性（1）煤层顶板直接顶、老顶为浅海相石灰岩，致密坚硬，裂隙发育有小溶洞，充填有方解石脉，岩石以K2石灰岩为主，中下部含泥岩薄层，平均厚11.69m，其抗压强度平均29.6MPa，抗拉强度平均1.3MPa，属较硬难冒落顶板。
（2）煤层底板直接底为泥岩，黑色，粉砂质胶结，含大量植物根部化石，厚2.81m。
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孤岛工作面、条带开采的危害
及应对措施
一、孤岛工作面开采
（一）孤岛工作面开采的危害
孤岛工作面不同方向支承压力的迭加,是孤岛工作面开采中的一个重要特点，两巷及两端头煤体受采动及相邻采空区残余应力双重影响，巷道围岩松动圈较大、压力显现更为明显，围岩变形速度较大变形严重。
采动过程中工作面两巷围岩会处于流变状态，并且受到高应力作用而加剧变形，严重威胁人员出入和机械设备的正常运转；一定条件下，采场顶板覆岩结构失稳会对工作面支架造成冲击载荷，形成大面积片帮，严重时会造成支架压死、设备损坏，挤出的煤体会封堵工作面出口，同时导致瓦斯涌出量增加等工程灾害。
另外，回采速度对围岩变形的影响较大，推进度越快,工作面底鼓和两帮移近量越小;推进度越慢,工作面底鼓和两帮移近量越大。
（二）采取的针对性解决措施
在不得已要形成孤岛工作面并进行开采时，针对上述危害，应采取以下措施：
一是加大超前支护范围，增加超前支护范围内的支护密度,加大巷道卧底量。
二是加强工作面顶板的超前管理，主要是掘进期间超前加大锚网索支护强度，使用加长锚索，使之能够伸入到巷道围岩松动圈以外，增加顶板的自身悬吊能力；回采时在距工作面一定范围内超前加打点柱、木垛、工字钢棚等加强支护。
三是对材料巷自工作面向外一定范围内的巷帮进行扩帮,以增加巷道宽度保证工作面设备的拉移。
四是对运输巷超前一定范围内进行卧底，以保证回风断面和人行道高度。
五是加强生产环节管理，保证工作面外围系统的通畅，加强工作面设备检修，提高开机率，加快工作面推进度，尽量减少采动压力对两巷的影响。
六是加强工作面及两巷的应力监测，摸清应力分布状况，发现应力异常及时采取卸压措施。
二、条带开采
（一）条带开采的危害
条带开采分为充填条采与冒落条采，主要缺点是回采率低（一般为50%～60%），掘进率高，开采工艺复杂，效率低。
在具体应用过程中，留宽过大，采出率低，留宽过小，煤柱易遭破坏；采宽过大，地表可能出现不均匀下沉，对保护建筑物不利，采宽过小，则回采率低。
根据我国条带开采的经验，采出率大于70%时，会引起地表较大的移动与变形，顶板极坚硬时，甚至可能引起大面积一次性突然跨落，危害极大。
（二）采取的针对性解决措施
关键是正确的确定条带尺寸，原则是保证煤柱有足够的强度和稳定性。
采出条带的宽度限制在不使地表出现波浪式下沉盆地的范围内，在此原则基础上尽量提高采出率。
即：不断调整采出条带和保留条带的宽度，直到既满足条带开采工程岩体的稳定和地表移动变形值小于保护地面建筑物允许的变形值，又便于煤炭生产，而且煤炭的采出率最高为止。
在具体实践过程中：
一是由于可能存在不可预见的因素，为防止意外，建筑物下条带开采应该经过试采，并建立观测站定期观测，然后根据地表移动情况决定下一步的开采计划。
二是在条带开采中应该严格控制开采宽度，不得随意缩小保留煤柱尺寸，以避免减少条带煤柱的有效支撑面积，使得煤柱安全性降低，地表下沉系数增大。
三是尽量不在条带煤柱中穿切巷道，以免破坏条带煤柱的完整性，从而降低条带煤柱的整体
强度和稳定性；在钻孔爆破时，应该尽量减少对条带煤柱的影响，以免使得节理裂隙扩展或煤柱片帮。
四是条带开采时，地表移动期显著缩短，条带采完后，地表移动期将很快趋于稳定，逐条开采时，为了不使条带在预定盆地底部形成短期盆地边缘，应当保持连续开采，尽量不使得采掘失调。
五是条带开采时，要控制开采厚度，即使遇到局部煤层变厚，最大开采厚度也要根据理论计算严加控制。
六是尽可能采用上行开采顺序以减少采动对保留条带的影响。
七是尽可能采用锚网（索）等主动支护形式，必要时其他被动支护形式配合的方式加强对保留条带的支护。