黑眼泉煤矿综采工作面采后总结
巴里坤银鑫矿业投资有限公司 黑眼泉煤矿
NA1103工作面采后总结
黑眼泉煤矿地测科 二0一五年一月
一、工作面概况
NA1103综采工作面位于11采区北翼,是黑眼泉煤矿首采工作面,东邻NA1104工作面(计划);南至井筒保护煤柱;北至DF1断层保护煤柱;西邻NA1102工作面(正在准备)。工作面于2013年8月16日正式回采,2014年12月25日停采,面宽193.5m,实际回采长度2070m,揭露煤层厚度0.6~3.9m,平均厚度2.94m,工作面动用储量144.69万吨,采出量137.28万吨,顶煤、底煤损失7.41万吨,工作面回采率95%,损失率5%。
工作面面积为402182㎡,范围由以下坐标连线圈定:
工作面位于井田北部,地表为平原型丘陵地形,被第四系洪积、冲积层及戈壁砾石所覆盖,偶有少量植被,回采范围内无建筑及常年地表径流。
NA1103工作面地形地貌图
二、煤层及顶底板情况
1、煤层
工作面所采煤层为下侏罗统八道湾组A1煤层,煤层底板标高+1458.7m~+1526.8m。煤层倾角8~12°,平均10°。煤层厚度0.4m~3.8m,平均2.94m。煤层局部含一层厚0.01m左右的泥岩夹矸;煤层厚度总体稳定,局部变化频繁,变化波动较大。煤层普氏系数(f)一般在2.1
左右,为软~中等硬度煤层。 工作面煤质稳定,是良好的配焦用煤。煤种为44号气煤。发热量5000~5800Kcal,平均5600Kcal。灰份25~30%,平均28%。水份5~6%。挥发份36~38%。硫份0.8~1.2%。精煤产率25~38%。中煤产率52~56%。
煤质化验单
二、煤层及顶底板情况
1、煤层
工作面所采煤层为下侏罗统八道湾组A1煤层,煤层底板标高+1458.7m~+1526.8m。煤层倾角8~12°,平均10°。煤层厚度0.4m~3.8m,平均2.94m。煤层局部含一层厚0.01m左右的泥岩夹矸;煤层厚度总体稳定,局部变化频繁,变化波动较大。煤层普氏系数(f)一般在2.1
左右,为软~中等硬度煤层。
工作面煤质稳定,是良好的配焦用煤。煤种为44号气煤。发热量5000~5800Kcal,平均5600Kcal。灰份25~30%,平均28%。水份5~6%。挥发份36~38%。硫份0.8~1.2%。精煤产率25~38%。中煤产率52~56%。
煤质化验单
工作面煤层厚度在倾向的变化规律基本是中间薄,两边厚。在走向上煤层厚度基本稳定,受DF1断层切应力的影响,工作面越接近DF1断层煤层越厚。受井筒处褶曲切应力的影响,工作面越接近井筒煤层越薄。工作面中部煤层厚度比较稳定。
2、顶板
工作面煤层伪顶为炭质泥岩,厚0.5m,灰黑色,泥质胶结,遇水易软化。直接顶为粉砂质泥岩,厚6.0m,夹粉砂岩薄层,半坚硬。老顶为砂砾岩,厚9.0m,杂色,上部砾石层有褐色浸染,粗砂充填,夹粗砂岩薄层。由于顶板泥岩及炭质泥岩松软、遇水软化性强,易膨胀,是上、下巷高冒区产生的主要原因之一。
A1煤层顶板粉砂质泥岩标本
3、底板
A1煤层伪底为浅灰色泥岩,厚0.5m,遇水极易软化、膨胀,粘性强。直接底为泥质粉砂岩,厚9.4m,钙、泥质胶结,富含植物茎叶、枝干化石碎片,波状层理发育,半坚硬。老底为灰绿色细、中石英质砂岩,层理、裂隙发育一般,分选性差~中等,钙质胶结,坚硬。
A1煤层底板泥岩标本
三、地质构造
1、产状
NA1103工作面总体呈单斜构造,煤层走向为347~15°,倾向为77~105°,沿走向发育有次一级波状起伏,倾角为8°~12°平均10°。
2、断层
NA1103工作面回采范围内未揭露断层。
3、高冒区
(1)高冒区位置与范围
回风顺槽高冒区位于巷道斜长920m-931m处,冒落长度11m,宽度3.5m-4m,冒高5.5m;皮带顺槽冒顶区位于巷道斜长1102m-1127m处,冒落长度25m,宽度4.5m-5.5m,冒高9.5m。
(2)冒顶原因
① 顶板淋水
由于两处高冒区顶板淋水较大,说明该处顶板岩石裂隙较发育、完整性较差,当巷道掘至该处时,无意中加大了岩石的裂隙,增强了岩层的导水性,大量的静压水排出使水位下降、岩石出现大量空隙,打破了岩石的应力平衡,岩层受重力下沉最终导致冒顶;
② 顶板泥岩的性质
从现场素描和采集的岩石标本来看,两处高冒区顶板岩石为粉砂质泥岩与泥岩,粉砂质泥岩遇水发生软化和膨胀,与上覆岩层接触关系变差,泥岩吸水后体积和重量都明显增大,致使泥岩与上覆岩层分离,最终导致冒顶;
③ 顶板泥岩变厚
通过对比冒落的岩石厚度和附近巷道顶板施工锚索时泥岩厚度发现,两处高冒区泥岩厚度都达到9-10m,泥岩变厚无预兆,施工时未能及时调整支护方式(设计锚索长度为8.3m),锚索未打进老顶硬岩,使锚索失效,最终导致冒顶。
综上所述,导致冒顶的原因是顶板淋水、顶板泥岩的性质、顶板泥岩变厚,均是地质条件发生变化,未能及时掌控的客观因素。
(3)过高冒区措施
经过对高冒区冒顶原因、冒落范围、顶板岩性反复研究,最后采用了用槽
钢+金属网+木垛制作复合假顶,单体液压支柱+锚杆+锚索加强支护,回采时在端头液压支架前探梁安设挑梁,拉架时压住挑梁擦顶移架等措施。 (5)过高冒区措施效果
过高冒区期间新疆龙煤公司和矿领导高度重视,新疆公司派出具有丰富现场经验的武景云经理亲临现场指导工作,生产技术科全程现场跟踪,收集数据及影像资料,在公司广大干部职工的不懈努力下,严格按照过高冒区专项措施顺利地通过了2个高冒区。期间无一起人员轻伤以上安全事故,所有设备完好,无受损迹象。通过本次工作证明了对高冒区原因的分析是正确的、透彻的,措施是合理的、科学的。
4、煤层变薄带 (1)范围
NA1103工作面在回采期间共揭露煤层变薄带4个。①号煤层变薄带长220m,面积23535㎡,②号煤层变薄带长100m,面积9238㎡,③号煤层变薄带长167m,面积18140㎡,④号煤层变薄带长195m,面积21898㎡。煤层变薄带具体位置详见附图:煤层变薄带平面示意图。
(2)成因分析
通过对煤层变薄带煤层进行取样化验,发现煤质无明显变化。煤壁层理稳定。 煤层顶底板层理清晰、均匀,且顶板多为水平层理及微波状层理。种种迹象表明煤层变薄带范围内煤层及顶底板是在比较稳定的水动力条件下形成的,沉积环境稳定,成煤过程中无受力迹象。造成煤层变薄的原因可能是成煤基底出现凸起,导致成煤有机质分布不均匀,属于正常沉积现象。 (3)影响
煤层变薄带面积占NA1103工作面面积的18%。煤层变薄带严重制约了工作面的回采进度,加大了回采难度,由于煤层变薄造成了大面积割岩的现象,对工作面设备磨损较严重。因为煤层大面积变薄,避免不了部分矸石进入原煤堆和洗煤厂,导致煤质发生变化,给洗煤工作带来了不小的困难。 四、水文地质
1、水文地质简述
NA1103工作面位于首采区北翼,主要充水水源为煤层顶板H2含水层砂岩水,两顺槽掘进期间,涌水形式主要为煤层顶板渗水、淋水,揭露地质构造均不含水。工作面无常年地表水体。 2、涌水量
工作面实际回采过程中最大涌水量15.76m3/h,正常涌水量10.00m3/h左右,实际回采中涌水量比预计要大,主要原因为该区域煤层顶板跨落后增大了采空区导水范围,其导水能力比预计大。
3、探放水
为了保证工作面安全回采,按照《煤矿防治水规定》中第88条中的规定,对工作面进行了4次采前探放水。
(1)回风顺槽与开切眼交叉点
为防止采煤时煤层顶板因含水层或与DF1断层联通发生突水事故,在回风顺槽与开切眼交叉点处布置了2组(6个)钻孔。钻孔参数:
钻孔1在回风顺槽与开切眼交叉点顶板开孔,方位83°,倾角+30°,孔深19m。 钻孔2在回风顺槽与开切眼交叉点顶板开孔,方位83°,倾角+40°,孔深21。 钻孔3在回风顺槽与开切眼交叉点顶板开孔,方位83°,倾角+50°,孔深23m。 钻孔4在回风顺槽与开切眼交叉点顶板开孔,方位165°,倾角+20°,孔深19m。 钻孔5在回风顺槽与开切眼交叉点顶板开孔,方位165°,倾角+40°,孔深21m。 钻孔6在回风顺槽与开切眼交叉点顶板开孔,方位165°,倾角+50°,孔深24m。
经观测,全部钻孔无涌水,证明开切眼与DF1断层未联通,无直接水力联系。工作面可以正常回采。达到了预期效果。
(2)回风顺槽高冒区
因回风顺槽高冒区附近淋水较大,为探明高冒区与含水层之间的水力联系,在回风顺槽高冒区附近布置了6个钻孔。钻孔参数:在回风顺槽HF14点前6m、26m、46m、85m、105m、125m处开孔,与煤层顶板垂直,孔深60m。
钻孔1在回风顺槽HF14点前6m处顶板开孔,方位165°,倾角+80°,孔深60m。
钻孔2在回风顺槽HF14点前26m处顶板开孔,倾角+90°,孔深60m。 钻孔3在回风顺槽HF14点前46m处顶板开孔,方位345°,倾角+80°,孔深60m。
钻孔4在回风顺槽HF14点前85m处顶板开孔,方位165°,倾角80°,孔深60m。
钻孔5在回风顺槽HF14点前105m处顶板开孔,倾角+90°,孔深60m。 钻孔6在回风顺槽HF14点前125m处顶板开孔,方位345°,倾角+80°,孔深60m。
经观测,全部钻孔无涌水,证明高冒区与含水层无直接水力联系。工作面可以正常回采。达到了预期效果。
(3)皮带顺槽高冒区
因皮带顺槽高冒区附近淋水较大,为探明高冒区与含水层之间的水力联系,在皮带顺槽高冒区附近布置了6个钻孔。钻孔参数:
钻孔1在皮带顺槽PD16前30m处顶板开孔,方位165°,倾角+80°孔深60m。 钻孔2在皮带顺槽PD16前50m处顶板开孔,倾角+90°孔深60m。
钻孔3在皮带顺槽PD16前70m处顶板开孔,方位345°,倾角+80°孔深60m。
钻孔4在皮带顺槽PD16前120m处顶板开孔,方位165°,倾角+80°孔深60m。 钻孔5在皮带顺槽PD16前140m处顶板开孔,倾角+90°孔深60m。
钻孔6在皮带顺槽PD16前160m处顶板开孔,方位345°,倾角+80°孔深60m。 经观测,全部钻孔无涌水,证明高冒区与含水层无水力联系。工作面可以正常回采。达到了预期效果。
(4)皮带顺槽低洼处
为疏放采空区积水,保证NA1104回风顺槽安全掘进,在NA1103皮带顺槽低洼处施工了7个钻孔。钻孔参数:
钻孔1在皮带顺槽PD17点前35m底板以上0.5m开孔,方位75°方位,倾角-7°30′,孔深214m。
钻孔2在皮带顺槽PD17点前36m底板以上0.5m开孔,方位75°方位,倾角-6°22′,孔深118m。
钻孔3在皮带顺槽PD17点前37m底板以上0.5m开孔,方位75°方位,倾角-4°15′,孔深61m。
钻孔4在皮带顺槽PD17点前38m底板以上0.5m开孔,方位75°方位,倾角-4°,孔深165m。
钻孔5在皮带顺槽PD17点前39m底板以上0.5m开孔,方位75°方位,倾角-4°15′,孔深210m。
钻孔6在皮带顺槽PD17点前40m底板以上0.5m开孔,方位75°方位,倾角-4°15′,孔深190m。
钻孔7在皮带顺槽PD17点前41m底板以上0.5m开孔,方位75°方位,倾角-4°15′,孔深61m。
原计划所有钻孔与NA1103疏水巷贯通,但由于钻进时钻头漂移系数不确定、钻机没有安设导向及测斜仪、钻探距离过长、技术人员经验不足等原因,本次施工的钻孔没有与NA1103疏水巷贯通,没有达到预期目的。
2号钻孔出现大量涌水,由于施工钻孔正值春节放假期间,没有及时测得最大涌水量,经后期观测,该孔涌水量稳定在3.26m³/h左右。且有一定承压性,具体水头压力未知。
由于2号钻孔出现涌水,大量涌水留在采空区,是一大安全隐患,在施工NA1104回风顺槽时严格执行探放水规定。
4、采空区及积水
采空区面积394098㎡。采空区有一积水区,积水面积为227869㎡。根据采空区积水量计算公式计算得出积水量为272108m³。
W=KMS/cosα=204082m³。 式中:W——采空区积水量,m3; M——采空区煤层采高,2.94m ; S——采空区积水面积,227869m2; α——煤层平均倾角,8°; K——充水系数,0.4。 5、采后水文变化情况
回采工作结束后,对工作面下口涌水量进行了长期观测,工作面涌水量基本在12.5m³/h左右,水流稳定,水体清澈,无异常。
总体来说,NA1103工作面水文地质条件是简单的,防治水工作是基本到位的。 五、储量情况
工作面预计工业储量157万吨,可采储量143.6万吨;实际动用储量为144.69万吨,采出煤量137.28万吨;四处煤层变薄带造成地质损失9.78万吨,护顶煤、底煤损失7.41万吨;④号煤层变薄带在面内影响宽度105m,造成大面积割顶底,致使整个工作面难以推进,被迫提前停采,比原定停采位置提前20.8m,造成损失煤量1.18万吨。
附表:NA1103工作面回采煤量统计表
六、矿压
1、矿压观测措施
通过对工作面进行的矿压观测表明工作面顶板随采随落,掌握了工作面支架支护强度、围岩破坏活动过程煤壁中应力变化大小和应力影响范围。为工作面现场管理提供了完善、准确的资料。
本次观测,利用单体支柱工作阻力检测仪对皮带、回风顺槽中的单体支柱进行了压力观测,从而确定超前支承压力的影响范围和峰值点。观测时,应循环观测支柱受力变化,并动态记录测点到工作面的距离,定期对两巷测点处巷道顶底板移近量、两帮变化量进行测量并记录真实数据,准确地分析、确定了超前支承压力影响范围和峰值点。
2、实测矿压数据分析
经过对现场实测数据进行整理、分析得出:
①回风顺槽单体液压支柱工作阻力变化范围11.5MPa~14.0MPa,平均13.1MPa。 ②皮带顺槽单体液压支柱工作阻力变化范围11.5MPa~14.5MPa,平均13.5MPa。 ③液压支架初撑力变化范围7MPa~48MPa,平均24.8MPa。 ④液压支架工作阻力变化范围21MPa~60MPa,平均40.3MPa。 ⑤采动时两巷收敛变化范围2200mm~ 4550mm,平均3360mm。 ⑥顶底板变形变化范围2300mm~2980mm,平均2530mm。
⑦ 过高冒区端头支架阻力变化范围12.0MPa~14.5MPa,平均13.5MPa。与 工作面正常推进时变化不大。
3、矿压观测结果
从结果来看,工作面支架两顺槽段超前单体支柱的初撑力和工作阻力以处于稳定状态。由此说明,工作面使用的ZY7600/18/38/ 和两顺槽超前支护使用的DZ-28
型,柱径为100mm的单体液压支柱,完全满足工作面及两顺槽超前支护段顶板支护和安全要求
附:NA1103工作面支护质量、顶板动态监测记录表
七、 三 带
根据导冒落带和导水裂隙带计算公式: 1、冒落带计算公式
Hm=M/(K-1)cosα=14.9m Hm----冒落带
M-----平均煤厚,2.94m K-----岩石松散系数,1.1 A-----煤层倾角,10° 2、导水裂隙带计算公式 Hi=100M/(1.6M+3.6)+5.6=41m Hi----导水裂隙带 M-----平均煤厚,2.94m 3、弯曲下沉带
弯曲下沉带为41m以上。
NA1103工作面三带划分示意图
八、 地面沉陷
1、范围
工作面回采对地面造成了一定影响:地表出现裂缝,裂缝宽0.01m至1m,长1至130m,部分裂缝已用砂石回填。同时地表出现了轻微塌陷。地测科已对塌陷区进行了长期监测,并建立了观测记录及影像资料。
NA1103工作面沉陷观测台帐
61
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2、塌陷角及塌陷距离
通过对工作面地表进行实地测量和计算,工作面塌陷角为21°~37°,平均33°,回风顺槽塌陷距离19~80m,皮带顺槽塌陷距离80~128m。
3、影响
经通风科对地表裂缝及塌陷进行监测,表明沉陷区有漏风迹象。NA1103工作面对应的地表无建筑物及常年水体,但对人员及牲畜行走构成了一定威胁,对植物及生态环境产生了一定破坏。 九、总 结
1.NA1103工作面,为矿井首采工作面,采用综合机械化一次采全高采煤法,全部垮落法管理顶板,工作面自南向北,后退式回采。我矿综采队克服工人经验不足、面内煤层厚度不稳定,面内割底量大,顶板破碎等不利因素,历时19个月完成了NA1103工作面的调试、回采等工作,不仅最大限度的回收了煤炭资源,还大大提高了生产效益,为今后矿井开采以及综采设备配套使用,提供了有益经验。
2.工作面回采率为95%,顶煤、底煤损失7.41万吨,由于工作面留底煤过厚,造成了资源的大量浪费,同时容易引起煤层自燃发火,是重大安全隐患,建议做好工作面的密闭工作。
3.每年雨季来临,雨水会通过沉陷区裂缝溃入井下,是重大安全隐患,建议对沉陷区裂缝及时回填。
4.工作面过高冒区措施十分成功,以后工作面出现高冒区时可以借鉴本工作面的措施。
附图:
1、NA1103工作面沉陷区现状照片 2、NA1103工作面停采位置地质素描图 3、NA1103工作面采动月份图
4、NA1103工作面煤层变薄带分布图
地表塌陷观测图2
地表塌陷观测图3