極軟雙突條件下高應(yīng)力孤島工作面防突技術(shù)研究與實(shí)踐

極軟雙突條件下高應(yīng)力孤島工作面防突技術(shù)研究與實(shí)踐

1回采工作面型梁北礦是一個(gè)具有突出煤炭和磚瓦的突出礦山。下石盒子組為第21層，煤層結(jié)構(gòu)和地質(zhì)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，水文條件復(fù)雜。煤層平均傾斜角度為12.5m，厚度平均為4.2m，煤炭堅(jiān)固系數(shù)為f.0.150.25，通風(fēng)系數(shù)=0.00110.0454hm，h.d.這是一個(gè)很難開(kāi)采的軟煤層。礦井回采工作面沿煤層走向偽傾斜布置,采用5.0m大采高綜采一次采全高回采工藝,全部垮落法管理頂板。受條件和采掘接替等限制,礦井前期開(kāi)采采用跳采,從而形成了多個(gè)孤島工作面。11061工作面是梁北礦的第一個(gè)大采高孤島工作面,埋深447～500m,位于11采區(qū)上部西翼已經(jīng)回采結(jié)束的11041和11081工作面之間,11061孤島工作面位置示意圖如圖1所示。2正常的反恐措施2.1區(qū)域反恐措施2.1.1鉆孔封放及封放在工作面兩巷掘進(jìn)期間滯后及在工作面貫通后,在兩巷分別布置順層平行抽放鉆孔,執(zhí)行邊掘邊抽、采前預(yù)抽以及邊采邊抽措施,并與井下移動(dòng)泵站、區(qū)域泵站和地面永久泵站聯(lián)網(wǎng)進(jìn)行抽放。鉆孔采用合成樹(shù)脂封孔材料和Φ32mm×13m聚乙烯封孔管進(jìn)行封孔。抽放泵選用YD-Ⅲ型移動(dòng)式瓦斯抽放泵。抽放孔具體布置參數(shù)見(jiàn)表1。2.1.2工高位鉆孔終孔高度設(shè)計(jì)在風(fēng)巷內(nèi)向煤層頂板施工的鉆孔,通過(guò)工作面采動(dòng)壓力形成的頂板裂隙來(lái)抽放工作面上覆巖層及上隅角涌出的瓦斯。在工作面初次來(lái)壓前施工高位鉆孔,鉆孔終孔高度需穿過(guò)冒落帶到達(dá)巖層裂隙帶。根據(jù)工作面頂板具體情況,終孔位置選在直接頂砂質(zhì)泥巖上方的9.25m厚的第二層中粒砂巖(稱第二關(guān)鍵層,第一層中粒砂巖稱第一關(guān)鍵層,二者之間儲(chǔ)存瓦斯)中,高度在12～21m之間。高位鉆孔直徑為108mm,深度80～100m,孔口下5m長(zhǎng)套管,用聚氨酯及塑料膠管封孔,封孔管徑為75mm,封孔深度為4m。2.2局部預(yù)防和突發(fā)事件糾正措施主要采取工作面淺孔抽放、煤層中高壓注水和老塘埋管瓦斯抽放等局部防突措施。1復(fù)合式充填設(shè)計(jì)方案①當(dāng)工作面煤厚≤3.5m時(shí),工作面兩端第5～8號(hào)支架、第70～73號(hào)支架措施孔布置四排,工作面中部第9～69號(hào)支架措施孔布置五排,最上方一排孔口距頂板1.8m,仰角4°,第二排仰角3°,第三排仰角2°,第四排為水平孔,中間部分的第五排為-2°下扎孔,孔徑均為75mm,間距為1500mm,排距為200mm,投影深度為12000mm,垂直于煤壁呈五花眼布置。效檢孔布置在措施孔中間,距頂板2.1m,孔徑為42mm,間距為7500mm,投影深度為8500mm,仰角4°。②當(dāng)采面煤厚>3.5m時(shí),工作面兩端第5～8號(hào)支架、第70～73號(hào)支架措施孔布置五排,工作面中部第9～69號(hào)支架措施孔布置六排,最上方一排孔口距頂板2.4m,仰角6°,第二排仰角4°,第三排仰角2°,第四排為水平孔,第五排為-2°下扎孔,中間第六排為-3°下扎孔,孔徑均為75mm,間距為1500mm,排距為200mm,投影深度為12000mm,垂直于煤壁呈五花眼布置。效檢孔布置在措施孔中間,距頂板2.1m,孔徑為42mm,間距為7500mm,投影深度為8500mm,仰角8°。③注水孔:孔徑為42mm,間距為7500mm,投影深度為9500mm,-3°下扎孔。注水壓力為11MPa左右。2其他投影深度為滿足防突和工作面推進(jìn)需要,措施孔投影深度改為13000mm、效檢孔投影深度改為9200mm,其它保持不變。根據(jù)工作面煤厚變化適當(dāng)將第一排孔距頂板的距離進(jìn)行調(diào)整。3臨界值及突出危險(xiǎn)程度判斷采取局部防突措施后,采用鉆屑解吸值△h2和鉆屑量S兩個(gè)效檢指標(biāo),其臨界值及突出危險(xiǎn)程度判定為:當(dāng)△h2<200Pa且Smax<6kg/m時(shí),無(wú)突出危險(xiǎn);當(dāng)△h2≥200Pa或Smax≥6kg/m時(shí),有突出危險(xiǎn)。4工作面老頂跨落后為防止工作面瓦斯超限,在工作面上隅角安裝埋管抽放系統(tǒng),獨(dú)立抽排。在工作面老頂跨落后,開(kāi)始抽放,埋管時(shí)管子吸氣口要保持一定高度,設(shè)在墻垛的上部,盡量伸向頂板冒落三角區(qū)。插管實(shí)行雙管邁步式,邁步距離一般為13m,每往前推進(jìn)一個(gè)防突循環(huán)用小麻袋裝煤打一次墻垛。3爆破恢復(fù)措施針對(duì)11061工作面在采取以上防突措施后出現(xiàn)的異常情況,通過(guò)進(jìn)一步查閱地質(zhì)資料、鉆孔資料、瞬變電磁預(yù)測(cè)報(bào)告、礦壓及電磁輻射監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)、措施效果檢驗(yàn)情況等,制定了以下專項(xiàng)措施。1)在薄煤帶采取10m深孔松動(dòng)爆破措施:鉆孔布置在薄煤帶底板炭質(zhì)泥巖中,間距為3m,深度為10m,采用黃泥封孔,封孔深度為5～6m,鉆孔直徑根據(jù)松動(dòng)爆破用的被筒炸藥的直徑而定。在工作面推至煤厚均大于1.5m后,停止采取松動(dòng)爆破措施。若頻繁出現(xiàn)響煤炮、壓出、嚴(yán)重片幫等情況時(shí)須恢復(fù)爆破措施。2)在機(jī)巷鉆場(chǎng)內(nèi),補(bǔ)充施工扇形區(qū)域卸壓鉆孔。并在切眼以外100m范圍內(nèi)每20m布置一個(gè)區(qū)域措施效檢鉆孔,對(duì)區(qū)域消突效果進(jìn)行評(píng)價(jià)。效檢采用瓦斯含量指標(biāo)法,臨界值為6m3/t。3)在工作面風(fēng)巷從切眼向外50m范圍內(nèi)要保證雙排區(qū)域抽放鉆孔抽放,確保卸壓效果。否則,必須停采并及時(shí)施工區(qū)域抽放鉆孔。同時(shí),堅(jiān)持工作面每推進(jìn)20m,在風(fēng)巷距工作面50m處測(cè)定工作面內(nèi)瓦斯殘存含量,每次兩個(gè)點(diǎn),殘存含量均低于6m3/t后方可回采。4)為保證安全,降低防突循環(huán)進(jìn)度:在工作面初采及出現(xiàn)響煤炮、壓出、嚴(yán)重片幫等現(xiàn)象期間,按每循環(huán)2.5m進(jìn)行推進(jìn);通過(guò)薄煤區(qū)、應(yīng)力穩(wěn)定后,防突循環(huán)進(jìn)尺調(diào)整為3.5m;暫不執(zhí)行正常的4.0m。5)根據(jù)瓦斯及應(yīng)力顯現(xiàn)情況,盡可能采取多打孔措施,加大局部防突力度。同時(shí),把正常防突措施效檢指標(biāo)的S值的臨界指標(biāo)降為4kg/m,并采取電磁輻射等指標(biāo)觀測(cè)。6)采取可靠的防護(hù)措施,工作面人員盡可能少,并制定嚴(yán)格的撤人方案:在割煤或瓦斯鉆孔施工期間出現(xiàn)響煤炮時(shí),必須撤人;不管什么時(shí)候連續(xù)出現(xiàn)3聲響煤炮或當(dāng)班出現(xiàn)3次時(shí),必須撤人。4局部防突措施1)采取邊掘邊抽、采前