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。
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