煤业有限责任公司一号井3-3煤层一采区冲击危险性评价及防冲设计.docx

-煤业有限责任公司一号井3-3煤层一采区冲击危险性评价及防冲设计新疆托克逊县-煤业有限责任公司一号井天地科技股份有限公司开采设计事业部二一六年七月项目名称：-煤业有限责任公司一号井3-3煤层一采区冲击危险性评价及防冲设计项目负责人：杜涛涛 助理研究员参加人员：姓名职务、职称、学历负责项目内容签字杜涛涛项目经理、助理研究员、硕士项目负责杨磊项目副经理、助理研究员、硕士现场负责秦子晗项目经理、助理研究员、硕士数值模拟夏永学室副主任、副研究员、博士项目审核潘俊锋副所长、副研究员、博士项目审核报告编写：杨磊，杜涛涛报告审查：夏永学，潘俊锋报告批准：文件编号：-煤业有限责任公司一号井3-3煤层一采区冲击危险性评价及防冲设计目录前言11 报告编制目的及意义12 报告编制依据13 报告的指导思想及适用范围23.1 报告编制的指导思想23.2 报告编制涉及的范围21 一采区基本概况31.1 采区位置及邻近采区开采情况31.1.1 一采区位置及范围31.1.2 一采区开采情况41.2 地质条件41.2.1 煤层情况41.2.2 顶、底板情况51.2.3 地质构造51.3 生产技术条件61.3.1 采煤方法61.3.2 支护形式61.4 冲击地压发生情况62 一采区冲击地压影响因素分析82.1 一采区冲击地压地质影响因素82.1.1 煤岩层冲击倾向性82.1.2 开采深度92.1.3 顶板特性92.1.4 褶曲构造102.1.5 断层构造112.2 一采区冲击地压开采技术影响因素122.2.1 煤柱宽度122.2.2 开采强度132.2.3采掘扰动142.3 一采区冲击地压综合因素分析143 一采区冲击危险性评价153.1 冲击危险性评价方法153.2 因素分类及指数调整183.3 一采区冲击危险性评价193.3.1 一采区冲击危险地质因素评定193.3.2 一采区冲击危险开采因素评定203.3.3 一采区冲击危险综合评价223.4 一采区冲击危险区域划分223.4.1 冲击危险区域的划分原则223.4.2 褶曲构造影响下的冲击危险区233.4.3 煤柱影响下的冲击危险区233.4.4 坚硬厚层顶板影响区域243.4.5 采掘扰动影响下的冲击危险区243.4.6 冲击危险区精细划分244 一采区冲击地压监测方案304.1 冲击地压监测方法的选择304.2 集中动载荷监测方法324.3 集中静载荷监测方法364.3.1 钻屑临界值确定364.3.2 钻屑监测方案384.4 冲击地压监测体系405 一采区冲击地压防治方案415.1 冲击地压防治原则及技术路线415.1.1 冲击地压防治原则415.1.2 冲击地压防治技术路线425.2 冲击地压防治方法选择435.2.1 冲击地压区域防范方法435.2.2 冲击地压局部解危方法445.3 一采区冲击地压区域防范455.3.1 开采布局优化455.3.2 煤柱尺寸调整465.3.3 支护方式优化475.4 一采区冲击地压局部防治方案485.4.1 掘进期间冲击地压防治方案485.4.2 回采期间冲击地压防治方案505.5 效果检验596 一采区冲击地压管理技术措施606.1 安全防护措施606.1.1 工作面支护管理606.1.2 个体防护606.2 人员管理606.2.1 禁、限员管理606.2.2 站位管理616.2.3 撤人管理616.3 物料管理626.4 冲击地压事故应急处置626.5 一采区冲击地压危险避灾路线637 主要结论及建议647.1 主要结论647.2 主要建议65IV前言1 报告编制目的及意义新疆-煤业有限责任公司一号井（以下简称“-一号井”）位于托克逊县克尔矿区向斜南翼的中西部，井田海拔1070-1370m，开采深度由1300m至600m，目前开采的W1102工作面埋深在400-600m。开采的3-3煤层经鉴定具有强冲击倾向性，工作面在掘进及回采期间发生多次冲击地压显现，造成巷道严重破坏及人员伤亡，导致工作面停产数月，造成巨大的经济损失。-一号井一采区目前开采深度为400-600m，所采3-3煤层具有强冲击倾向，煤层单轴抗压强度达到27MPa。其顶板砂砾岩单轴抗压强度超过120MPa，厚度超过20m，砂砾岩上覆粉砂岩和细砂岩厚度也均超过10m，为典型的坚硬厚层顶板条件。且目前的采掘工作面距离向斜和背斜轴部较近，局部构造应力较大，因此，-一号井已具有发生冲击地压的风险。目前-一号井一采区W1102工作面正在回采，W1103工作面正在掘进，为了确保一采区采掘工作面的安全，开展一采区冲击地压危险性评价及防冲设计。综合地质资料和开采设计，初步认为一采区冲击地压的影响因素主要有以下几个方面：（1）煤岩层冲击倾向性：3-3煤层及顶板岩层均具有强冲击倾向；（2）自重应力、构造应力与采动应力相互叠加作用：一采区开采深度400-600m，当前及后续采掘工作面靠近向斜和背斜轴部，自重应力与构造应力相互叠加易形成高应力集中；（3）顶板岩层动载作用：采空区悬顶和坚硬厚层顶板运动垮断时产生的动载荷具有诱发冲击的可能；鉴于-一号井面临较为严重的冲击地压威胁，需要在严格落实本报告制定的各项冲击地压防治措施，并严格落实冲击地压各项管理规定的基础上，方可进行工作面掘进和回采作业活动。2 报告编制依据1）煤矿安全规程（2016年）2）冲击地压煤层安全开采暂行规定（1987版）3）-一号井90万吨初步设计4）国家关于矿井防治冲击地压的其他管理规定及要求5）现场收集的相关资料3 报告的指导思想及适用范围3.1 报告编制的指导思想1、认真贯彻执行国家安全生产的方针，为保障煤矿的安全生产和煤矿职工的人身安全，分析井下发生冲击地压的主要影响因素，设计有效的冲击地压监测防治措施。2、深入贯彻落实“安全第一、预防为主、综合治理”的安全生产方针，进一步规范矿井冲击地压技术管理，优化开拓布局，合理集中生产，从源头上避免冲击地压事故的发生；明确责任分工，强化责任落实，严格责任追究制度，确保防冲措施落实到位，最大限度降低冲击地压危险；严格遵循“先解危，后生产”的原则，按照“监测解危效果检验再治理”的基本程序，及时消除冲击危险隐患。3、认真执行煤矿安全规程中有关防治冲击地压的各项规定，坚持“区域先行，局部跟进”的防治原则，从区域防范、预测预报、局部解危及安全防护等方面做好冲击地压的预防和治理，保障矿井安全高效生产。3.2 报告编制涉及的范围本报告主要是针对-一号井一采区W1103工作面和W1104工作面采掘期间开展的冲击地压危险性评价及防治设计，为矿井开展防冲工作提供参考。本报告结论的适应性取决于地质资料及有关法定检测机构出具的数据，报告仅对现有数据及资料的“适用性”负责，而无法考虑到资料和检测数据的偏差和错误。741 一采区基本概况1.1 采区位置及邻近采区开采情况1.1.1 一采区位置及范围-煤业有限责任公司一号井位于托克逊县克尔碱矿区向斜南翼的中西部，距托克逊县城约70km，向南12km为南疆铁路的望布火车站，向东22km通往托克逊火车站、克尔碱镇。井田南、北以划定边界为界，东以21线向西1000m为界，西以E勘探线以西370m为界，煤层走向长约6.0km，宽约1.5km，呈东西向展布的近似梯形，面积约8.99km2。矿井分煤层划分采区，每一煤层划分为两个采区，全矿井共划分为四个采区。以B勘探线以东300m垂直于煤层走向线为界，将3-3煤层划分为两个采区，以西划分为一采区，以东划分为二采区。一采区南北宽1486-1827m，东西长2708-2980m，采用双翼开采，东翼东西长1237-1368m，西翼东西长1340-1743m，初期只开采一采区西翼。一采区图1-1 一采区位置图1.1.2 一采区开采情况一采区为-一号井的首采区，开采水平在+600-+850m左右，地面标高在+1070-+1370m，一采区工作面开采深度达到400-600m。W1102工作面为一采区第二个回采工作面，其北部为井田边界，南部为W1101工作面采空区，两工作面之间煤柱为18m和36m。西部、东部和北部均为实体煤，一采区设计共开采4个工作面，分别为W1101、W1102、W1103和W1104工作面。工作面接续情况为：W1102工作面W1103工作面W1104工作面。W1102工作面走向1160m，倾向长度200m，采用综采一次采全高采煤方法，目前回采至770m位置。W1103工作面位于W1101采空区南部，两工作面之间煤柱30m，目前正在掘进，W1103工作面运输顺槽掘进至650m位置，回风顺槽掘进至260m位置。依据初步设计，本次评价及设计根据开采情况确定为一采区范围内即将开采的W1103和W1104工作面。1.2 地质条件1.2.1 煤层情况井田可采、局部可采及零星可采煤层由浅到深编号依次为5-2、4-2、（3-3）上、3-3、3-2号煤层，煤层平均总厚度20.07m，可采煤层平均总厚16.29m。其中稳定煤层2层即4-2、3-3号煤层。一采区主采3-3煤层，本区3-3煤层可采厚度为4.65-16.76m，平均厚度为10.97m，煤层倾角13°-21°，平均倾角为17°，3-3号煤层厚度、层位稳定，属全区可采。煤层厚度结构变化为浅部、深部薄，中部厚，在走向上东西两头薄，中部厚。总厚度变化系数为30.34%，二级差变化指数为41.65%；可采厚度4.65-16.76m，平均厚度10.97 m，一采区W1101-W1104工作面平均开采厚度4m左右，可采厚度总厚度变化系数为31.74%，二级差变化指数为35.30%；资源量估算厚度4.65-17.76m，含夹矸0-1，结构简单，地表及井下均未发现断裂构造，构造形态极为简明。1.2.2 顶、底板情况一采区3-3煤层顶板以灰白色砂砾岩为主，底板为深灰色灰黑色粉砂岩、炭泥岩。表1-1为一采区加E-2号钻孔顶底板赋存情况。表1-1 加E-2钻孔顶底板赋存情况名称厚度/m岩性描述粉砂岩45.8灰白色，坚硬，中粒砂状结构，成分以石英，长石为主。暗色矿物次之，分选中等细砂岩1.01灰色，坚硬，细粒砂状结构，成分以石英，长石。含少量云母及暗色矿物，具斜层理，泥质胶结，分选中等。煤0.6黑色沥青光泽，平坦装断口，半亮型煤。细砂岩14.52灰色，坚硬，细粒砂状结构，成分以石英，长石。含少量云母及暗色矿物，具斜层理，泥质胶结，分选中等。粉砂岩17.02灰白色，坚硬，中粒砂状结构，成分以石英，长石为主。暗色矿物次之，分选中等。砂砾岩25.03灰白色，坚硬，不等硕砂结构，成分以石英，长石为主。暗色矿物次之，分选中等，硕径2-22mm。粉砂岩5.73深灰色，坚硬，粉砂结构，泥质胶结。3-3煤4.75黑色沥青光泽，平坦状断口，半亮型煤粉砂岩4.22深灰色，粉砂状结构，泥质胶结。细砂岩7.18灰色，坚硬，细粒砂状结构，成分以石英，长石。含少量云母及暗色矿物，具斜层理，泥质胶结，分选中等。1.2.3 地质构造1、克尔碱向斜：属区域性褶曲，全长约33km。在井田南翼内长达6.0km。地层走向近东西，倾向340°-43°，倾角5°-72°。2、褶曲：井田内构造为克尔碱向斜南翼地层。总体为呈向北倾的单斜构造，地层倾角一般为5°51°，井田东部的加A线与A线之间倾角一般为5°51°，向东地层倾角逐渐变陡，地层走向由近北西转为南北向，地层由浅部向深部地层倾角逐渐变缓。A线与B线之间倾角一般为在5°36°之间，地层走向东西向，地层由浅部向深部地层倾角逐渐变陡。B线与E线之间倾角一般为在9°30°之间，由西向东地层倾角逐渐变缓，由浅部向深部地层倾角逐渐变陡，地层走向由西向东近东西向转为南北向。在这两线之间发育了次一级的向北西倾宽缓背、向斜，背、向斜倾伏角为13°左右；背斜两翼的倾角，南翼倾角27°，北翼倾角15°左右；向斜两翼的倾角，南翼倾角15°左右，北翼倾角14°左右；上述两褶曲轴，大致平行，它们控制了井田西部的煤岩层空间分布，使煤层在B线以西形成埋深相对较浅区域。3、断层： F1、F2区域性断层控制了井田的南北边界外的地层，在井田的东部尚存在一条逆断层(f95)，分布在侏罗系地层和井田外的东部地带。走向主要为南北向，断层走向长度大于1000m，倾向270°。1.3 生产技术条件1.3.1 采煤方法一采区工作面采用倾向长壁后退式综合机械化一次性采全高开采，根据3-3煤层赋存情况及综采设备性能等确定工作面平均采高4m，采用全部垮落法管理顶板。工作面采用MG750/1920-WD型采煤机从上、下端头正切进刀割煤方式，采用SGZ1000/2*700型中双链刮板运输机运输原煤。采煤循环步距0.8m，工作面一天6个正规循环，日推进4.8m。1.3.2 支护形式工作面支架采用94架ZY10800/26/55型掩护式中间支架支护，上、下端头各安装6架ZYG12000/26/55型过渡支架支护，其中工作面上端头安装3组ZCZ8800/28/45型超前支架，下端头安装一组ZT19200/28.5/45型端头支架。巷道采用锚杆、锚索、锚网、锚网梁联合支护方式，锚杆间排距800×800mm，顶帮破碎时缩小锚杆间排距为600mm×600mm；顶板每4m打一排锚索（两根）加强支护，长度不小于11m，锚索孔间距为3500mm，1.4 冲击地压发生情况2014年10月30日，W1102工作面掘进期间发生一起严重冲击地压灾害，冲击地压显现造成掘进巷道30m范围破坏，锚网支护被破坏，煤体大量抛出，掘进工作面变形严重，巷道底鼓量达300mm，愈靠近迎头巷道底鼓量越大，且主要发生在临近采空区。掘进工作面冲击地压造成现场破坏情况，如图1-2所示。2016年5月24日4:16分，W1102工作面推进过程，发生在下端头位置，顶板岩层产生了一次能量为1.0×105J的震动，震动造成采煤机保险杠折断，同时造成20-30号支架位置的煤壁底部大量煤体抛出。2016年5月26日06:52分，W1102工作面推进过程，采空区后方60m位置，顶板岩层产生了一次能量为4.2×106J的震动，震动造成88-93号支架位置的煤壁大量煤体抛出，并且抛到架间；自端头往外约30m范围，煤柱侧煤体整体向巷道内侧鼓出和抛出，在有超前架支护的区域，煤体抛出受支护的抵抗，造成超前架支护面积减少，巷道收缩截面变小，收缩量达1m；在超前支架以外的区域，煤柱靠近顶板的煤体大量抛出，抛出深度约0.5m，抛出的煤体把悬挂电缆冲到下帮；工字钢支护弯曲变形。图1-2 掘进期间冲击地压显现现场2 一采区冲击地压影响因素分析2.1 一采区冲击地压地质影响因素2.1.1 煤岩层冲击倾向性一般来说，煤岩冲击倾向性越强，发生冲击地压的可能性就越大，但并不是说具有强冲击倾向性的煤层就一定会发生冲击地压，冲击地压的发生不仅仅与煤、岩层的冲击倾向性有关，而且与煤岩层的结构特点和煤岩层的组合形式具有密切的关系，同时还受开采技术条件的直接影响。冲击倾向性是煤岩发生冲击地压的必要因素之一。-一号井委托天地科技股份有限公司开采设计事业部岩石力学实验室对3-3煤层及其顶底板岩层进行了冲击倾向性测试，测定结果见表2-1。根据判定煤层冲击倾向性4个指标的测定结果，参考GB/T 25217.2-2010 煤的冲击倾向分类及指数的测定方法中的评判标准，综合判定-一号井3-3煤为具有强冲击倾向性的煤层。表2-1 -一号井3-3煤试样冲击倾向性各项指数测定结果样别样别动态破坏时间DT/ms冲击能量指数/KE弹性能量指数/WET单轴抗压强度Rc/MPa3-3煤1322.3720.7528.902403.4818.3228.443264.2316.4924.464603.1721.8327.285303.9626.5730.03平均值37.60 3.44 20.79 27.82 冲击倾向性判定强弱强强综合评判结果强冲击倾向性-一号井3-3煤顶板岩层弯曲能量指数为169.88kJ，大于120 kJ，按国家标准GB/T 25217.1-2010所示规定，该煤层顶板岩层应属类，为具有强冲击倾向性的顶板岩层。表明-一号井一采区工作面煤岩系统已具有发生冲击地压的能力。2.1.2 开采深度冲击地压的发生和煤层埋深有一定关系，统计分析表明开采深度越大，冲击地压发生的可能性也越大。波兰资料显示深度H350m时，冲击地压不会发生，深度350<H500m在，在一定程度上危险逐步增加，从500m开始，随着开采深度的增加，冲击地压的危险性急剧增长，当采深为800m时，冲击指数（Wt=0.57）比在采深500m（Wt=0.04）增加了14倍，当采深非常大时，比如1200-1500m，冲击指数增长梯度将会减小，但其值非常高。我国煤矿发生冲击地压的最小临界深度大都在450m左右。由于不同矿区的地质及开采技术条件不同，冲击地压发生的最小临界深度差异较大，例如兖州矿区、潞安矿区冲击地压临界深度约为400-500m，彬长矿区冲击地压临界深度约为500-600m，而新疆宽沟矿、硫磺沟矿冲击地压临界深度仅约300-400m。因此冲击地压已不再是深部开采才有的动力灾害，其发生的临界深度在不断减小。-一号井区内海拔高程在+1070-+1370m，高差为300m，一采区工作面开采水平在+600-+850m左右，开采深度达到400-600m，此开采深度已达到冲击地压发生的临界深度。2.1.3 顶板特性从冲击地压发生的地质条件看，坚硬厚层顶板是冲击地压发生的最典型的地质条件。统计表明，冲击地压煤层上部通常有一层或多层厚度大于10m的坚硬顶板。厚硬顶板对冲击地压的影响主要表现在两方面：（1）煤层被采出后，直接顶随工作面支架的前移不断垮落，而上部悬露坚硬顶板将上覆岩层重力部分转移至工作面前方及侧向煤体，相应的产生超前及侧向支承压力，使得超前及侧向区域的煤岩层的弹性能水平显著提高，引起超前及侧向支承压力区冲击危险性的增大。（2）在坚硬顶板破断过程中或滑移过程中，大量的弹性能突然释放，形成强烈动载荷，导致冲击地压或顶板大面积来压等动力灾害的发生，如图2-1所示。图2-1 厚硬顶板岩层断裂诱发超前区域冲击地压示意图实践表明，钙质或硅质胶结的砂岩或砾岩往往具有较高的强度，当其厚度超过10m时，采空区周边悬顶问题较为显著。顶板悬顶不仅会给采场围岩产生高应力集中，而一旦断裂，其产生的冲击动载也容易诱发采场冲击地压。结合一采区附近加E-2钻孔和加E-3钻孔资料分析，煤层上方100m范围内对工作面形成威胁的岩层主要有4层（见表2-2）。其中砂砾岩距离煤层5m，其单轴抗压强度超过120MPa，根据岩性可知上覆的细砂岩和粉砂岩皆属于坚硬岩层，因此在回采过程中，将对工作面矿压显现影响显著。坚硬岩层的存在不仅因悬顶而导致弯曲弹性能在煤体内的积聚，还会因岩层断裂产生冲击动载，两者均能够满足冲击地压发生的力源条件。表2-2 影响工作面顶板活动岩性特征表名称厚度/m岩性描述粉砂岩45.8灰白色，坚硬，中粒砂状结构，成分以石英，长石为主。暗色矿物次之，分选中等细砂岩14.52灰色，坚硬，细粒砂状结构，成分以石英，长石。含少量云母及暗色矿物，具斜层理，泥质胶结，分选中等。粉砂岩17.02灰白色，坚硬，中粒砂状结构，成分以石英，长石为主。暗色矿物次之，分选中等。砂砾岩25.03灰白色，坚硬，不等硕砂结构，成分以石英，长石为主。暗色矿物次之，分选中等，硕径2-22mm。3-3煤4.75黑色沥青光泽，平坦状断口，半亮型煤2.1.4 褶曲构造研究表明，在煤岩层褶曲构造的向斜和背斜轴部地区域应力水平较高，且最大主应力一般为水平构造应力，更易于引起以巷道顶、底板受到显著破坏为主的矿压显现或冲击地压，该规律在掘进巷道表现尤为突出。现场实践证明，当采掘工作面接近向斜轴部或翼部时，经常有冲击地压、煤炮等动力现象发生。煤矿常见的褶曲是通过纵弯作用形成的，即岩层或岩层组在长期水平挤压载荷作用下发生缓慢变形，并形成褶皱，褶皱形成后，各部位的受力状态有较大差异。向斜、背斜内弧的波谷和波峰部位呈现水平压应力集中，向斜、背斜外弧的波谷和波峰部位呈现拉应力集中，翼部呈现压力应集中。-一号井一采区发育了次一级的向北西倾宽缓背、向斜，如图2-2所示。一采区的采掘工作面局部距离向、背斜轴部较近，轴部区域应力水平较高，且最大主应力一般为水平构造应力，更易于引起以巷道顶、底板受到显著破坏为主的矿压显现或冲击地压。因此，构造应力的影响是发生冲击地压灾害的一个重要因素。图2-2 一采区褶曲构造情况2.1.5 断层构造断层作为地质不连续体，对煤岩层的物质结构和构造应力场分布产生了很大的影响。影响程度取决于断层性质（包括断层倾角、断层充填情况，断层面形态、断层面的抗剪强度和抗拉强度等）、断层围岩性质以及地应力状态。断层面上的剪应力等于断层面的抗剪强度时，断层就处于临界不稳定状态，此时轻微的扰动就可能引发断层活化，甚至导致强烈的冲击地压。断层极大地扰乱了地应力场的分布，这种对地应力的扰乱只是发生在断层附近有限范围内，超过一定距离，地应力分布恢复正常状态，如图2-3所示。断层面图2-3 倾向断层示意图不同条件下的断层构造引起冲击地压机制具有一定差异性，静载荷与动载荷均可成为冲击启动的主因。由于断层破坏了煤岩层的连续性，使得采动应力演化规律变得异常复杂。由于断层破裂面已然存在，该结构面的强度是有限的，随着采掘活动的扰动和地下水的作用，结构面的强度将不断降低，结构面所受外力足够大时，会导致断层活化，形成一定规模的动载，易诱发冲击地压的发生。目前的勘探资料显示，-一号井在井田南北边界存在F1、F2区域性断层在井田的东部存在一条逆断层(f95)，分布在侏罗系地层和井田外的东部地带。走向主要为南北向，断层走向长度大于1000m，倾向270°。在一采区范围内尚未出现探明断层，整体上来说一采区的冲击危险受断层影响较小。但在掘进过程中应加强超前断层构造的预测预报，尤其常被三维勘探遗漏的小型断层。2.2 一采区冲击地压开采技术影响因素2.2.1 煤柱宽度煤柱是产生应力集中的地点，孤岛形和半岛形煤柱可能受几个方向集中应力的叠加作用，使得煤柱附近煤体应力集中程度大，因而在煤柱附近最易发生冲击地压。由于煤层和围岩的结构不同，煤柱宽度和埋藏深度不同，煤柱自身的应力要比原始应力大好几倍。最大应力多出现在靠近煤柱边缘部位，距边缘10-30m不等。区段煤柱留设尺寸影响煤柱及巷道围岩的应力分布，大煤柱留设容易造成煤柱及巷道侧应力集中，巷道底鼓、两帮移近等变形明显。据统计，大约60%的冲击地压与邻近煤层采空区中遗留煤柱或本层遗留煤柱有关。区段煤柱是指走向长壁工作面之间留设的保护煤柱，其主要作用是隔离采空区。区段煤柱宽度决定着下一工作面沿空巷道的位置，煤柱宽度不同，沿空巷道所受的矿压影响不同。因此，一般将避开采动支承压力峰值作用范围作为确定沿空巷道位置或区段煤柱宽度的主要依据。对于工作面回采后，采空区与区段煤柱的位置关系如图2-4所示。采空区侧向应力的集中程度主要受到采空区顶板岩层情况和垮落后的状态影响。图2-4 沿空顺槽的覆岩结构图-一号井一采区工作面区段煤柱尺寸设计为30m，从近年来，煤柱型冲击地压的发生情况来看，煤柱宽度在10m-30m左右时，发生的冲击地压事故最多。W1102工作面与W1101采空区之间煤柱前期为36m，后期为18m，采空区产生的侧向支承压力在煤柱区域存在高应力集中，使得W1102工作面回风顺槽发生多起动力显现现象，因此，对冲击地压煤层，工作面之间宜采用窄煤柱的方式进行布置。2.2.2 开采强度大量的研究表明，回采工作面的开采强度与矿山震动之间存在着明显的关系，工作面开采强度包括推进速度、开采高度及工作面尺寸等。一采区工作面目前设计推进速度为4.8m/d，采高4m，但随着已采工作面的增加，采空区范围也不断扩大，顶板的活动也必然更为强烈。在工作面回采过程中，除了本工作面周期来压时的顶板活动外，在单工作面见方以及与邻近采空区形成的“多面见方”期间，顶板活动更加剧烈，并有可能波及高位岩层，造成上覆高位顶板的整体活动，从而产生强烈动载，从而诱发冲击。2.2.3 采掘扰动一般将采掘空间周围支承压力影响范围之外的区域视为非采动影响区，但这仅是从常规的静态应力场角度得出。实际上，在冲击地压矿井，采掘活动常常伴随着不同强度的煤炮，所谓煤炮实为工作面围岩应力调整过于剧烈，而导致的急剧破坏，并瞬间释放弹性能，该弹性能将以地震波的形式向周围传播，当其传播至邻近采掘工作面时，将引起附加动态应力，使其总应力水平急剧升高，为冲击地压的发生提供充分的应力条件。一采区为单翼顺序开采，采掘之间必然存在相互扰动问题，根据煤矿安全规程中规定，当回采工作面与掘进工作面之间距离小于350m时，应停止其中一个工作面。因此，采掘扰动也是一采区发生冲击地压的一个影响因素。2.3 一采区冲击地压综合因素分析从冲击地压发生机制上讲，促成冲击地压启动的能量可以是集中静载荷，也可以是集中动载荷，但是从根本上讲，都是系统内集中静载荷必须达到临界条件。也就是集中动载荷如果参与，那就是帮助系统内集中静载荷达到临界条件，如果系统内集中静载荷不够大，来自于系统外的动载荷传递到静载荷集中区将被消耗，因此难以完成冲击启动。根据以上分析并结合冲击启动理论判断，两类因素都是影响工作面冲击地压危险的重要因素。对于-一号井而言，集中静载荷发生作用的因素包括煤柱影响、褶曲构造、开采深度等因素。而动载荷的影响因素中，主要为坚硬顶板活动垮断与采掘扰动因素。-一号井一采区目前工作面距离褶曲构造轴部较近，处于较高的构造应力场内，煤柱又承载较高的侧向支承压力，自重应力、构造应力及采动应力相互叠加在煤体里产生高应力集中，当集中静载荷达到临界条件，从而发生冲击地压。而煤层上方坚硬厚层顶板活动垮断形成的动载也将是冲击发生的一个诱发因素。3 一采区冲击危险性评价3.1 冲击危险性评价方法综合指数法在分析已发生的冲击地压灾害的基础上，分析各种采矿地质因素对冲击地压发生的影响，确定各种因素的影响权重，然后将其综合起来，建立起冲击地压危险性评价的综合指数法。这是一种宏观角度的评价方法。可用于对采掘工作面冲击地压危险性进行评价，以便正确的认识冲击地压对矿井生产的威胁。对于具有冲击危险性的矿井来说，在进行采区设计，工作面布置，采煤方法的选择等时，都要对该采区、煤层、水平或工作面进行冲击地压危险性评定工作，以便减少或避免冲击地压对矿井安全生产的威胁。冲击地压危险状态可通过分析岩体内的应力、岩体特性、煤层特征等地质因素和开采技术因素来确定。危险性指数分为地质因素评价的指数和开采技术因素评价的指数，综合两者来评价区域的冲击危险程度。Wt为某采掘工作面的冲击地压危险状态等级评定综合指数，以此可以确定冲击地压危险程度。根据得出的冲击地压危险状态等级评定综合指数，可将冲击地压的危险程度定量分为四个等级，分别为无冲击危险、弱冲击危险、中等冲击危险、强冲击危险。根据冲击危险性分级不同，采取相应的防治对策，如表3-1。表3-1 冲击地压危险状态分级表冲击地压危险等级冲击地压危险状态冲击危险综合指数冲击地压危险防治对策A无0.25所有的采掘作业正常进行。B弱0.25-0.5所有的采掘作业正常进行。作业中加强冲击地压危害危险状态的监测预报。C中等0.5-0.75下一步的采矿工作应与该危险状态下的冲击地压危害防治措施一起进行，且通过预测预报确定危险程度不再上升。D强>0.75提前采取解危措施。采取措施后，通过卸压效果监测检验，冲击危害消除后，方可进行下一步采掘作业。Wt1为地质因素对冲击地压的影响程度及冲击地压危险状态等级评定的指数，考虑开采深度等7项指标，如表3-2所示；Wt2为采矿技术因素对冲击地压的影响程度及冲击地压危险状态等级评定的指数，考虑工作面距残采线、煤柱留设和距断层距离等11项指标，如表3-3所示。表3-1 地质因素影响的冲击地压危险指数评价表序号影响因素因素说明因素分类评价指数1W1同一水平煤层冲击地压发生历史（次数/n）n=00n=112n32n332W2开采深度hh400m0400mh600m1600mh800m2h800m33W3上覆裂隙带内坚硬厚层岩层距煤层的距离dd100m050md100m120md50m2d20m34W4开采区域内构造应力集中程度/%g10%010% g20%120% g30%2g30%35W5顶板岩层厚度特征参数Lst，Lst50m050mLst70m170mLst90m2Lst>90m36W6煤的单轴抗压强度RcRc10MPa010MPaRc14 MPa114MPaRc20MPa2Rc20MPa37W7煤的弹性能指数WETWET202WET3.513.5WET52WET53危险等级评价Wt10.25无冲击0.25Wt10.5弱冲击0.5Wt10.75中等冲击Wt10.75强冲击表3-2 开采技术条件因素影响的冲击地压危险指数评估表序号影响因素因素说明因素分类评估指数1W1保护层的卸压程度好0中等1一般2很差32W2工作面距开采遗留的煤柱的水平距离hzhz60m030mhz60m10mhz30m2hz0m（煤柱下方）33W3工作面与邻近采空区的关系实体煤工作面0一侧采空1两侧采空2三侧及以上采空34W4工作面周边的采掘活动影响有巷道同向掘进1有巷道相向掘进2有工作面同向回采2有工作面相向回采35W5区段煤柱宽度dd3m，或d50m03md6m，或30md50m16md10m210md40m36W6留底煤厚度tdtd=0m00mtd1m11mtd2m2td2m37W7向采空区掘进的巷道，停掘位置与采空区的距离LjcLjc150m0100mLjc150m150mLjc100m250m38W8向采空区推进的工作面，停采线与采空区的距离LmcLmc300m0200mLmc300m1100mLmc200m2Lmc100m39W9向落差大于3m的断层推进的工作面或巷道，工作面或迎头与断层的距离LdLd100m050mLd100m120mLd50m2Ld20m310W10向煤层倾角剧烈变化的向斜或背斜推进的工作面或巷道，工作面或迎头与之的距离LzLz50m020mLz50m110mLz20m2Lz10m311W11向煤层侵蚀、合层或厚度变化部分推进的工作面或巷道，接近煤层变化部分的距离LbLb50m020mLb50m110mLb20m2Lb10m3危险等级评估Wt20.25无冲击0.25Wt20.5弱冲击0.5Wt20.75中等冲击Wt20.75强冲击3.2 因素分类及指数调整每一种地质因素和开采技术因素对应的冲击危险评定指数对最终的评价结论都将产生影响。为使得评价方法更具适应性和准确性，需根据矿井实际情况对指数评价表进行修正。从近年来，煤柱型冲击地压的发生情况来看，煤柱宽度在10-30m左右时，发生的冲击地压事故最多。数值模拟发现，煤柱尺寸在12-24m时，其受力情况最为明显。基于此，对表3-3中的W5因素分类及评估指数进行调整，如表3-4所示。表3-4 开采技术条件因素影响的冲击地压危险指数评估表（调整因素）序号影响因素因素说明因素分类评估指数5W5区段煤柱宽度dd3m，或d50m03md6m，或40md50m16md10m，或30md40m210md30m33.3 一采区冲击危险性评价3.3.1 一采区冲击危险地质因素评定本次仅针对各工作面采掘期间的实际情况进行评价，确定各因素的评定值，如表3-5所示。（1）同一煤层冲击地压发生次数W1-一号井在采掘过程中，已出现多次冲击动力显现情况，造成大面积巷道破坏及人员伤亡。根据上述情况，该评估指数取3。（2）开采深度W2根据钻孔资料，当前采掘工作面各区域的埋深均在400-600m范围内，因此此处评估指数取1。（3）坚硬顶板距煤层距离W3根据一采区的相关钻孔柱状图分析，在煤层上方存在一组砂砾岩，岩层厚度达到25m，单轴抗压强度122MPa，距离3-3煤层只有5m左右，因此此处评估值取3。（4）厚度特征参数W4根据一采区相关钻孔柱状图分析，在煤层上方100m范围内，岩层主要为砂砾岩、粉砂岩和细砂岩岩，根据岩层厚度特征的计算方法，该区域的厚度特征值大于90，此处取评估值为3。（5）开采区域内构造应力集中程度W5目前-一号井尚无地应力的测试数据，针对一采区范围内存在次一级的缓向斜和背斜构造，存在一定的构造影响，此处评估值暂取1。（6）煤的单轴抗压强度W63-3煤试样的单轴抗压强度平均值为27.82M