极软双突条件下高应力孤岛工作面防突技术研究与实践

极软双突条件下高应力孤岛工作面防突技术研究与实践

1回采工作面型梁北矿是一个具有突出煤炭和砖瓦的突出矿山。下石盒子组为第21层，煤层结构和地质结构简单，水文条件复杂。煤层平均倾斜角度为12.5m，厚度平均为4.2m，煤炭坚固系数为f.0.150.25，通风系数=0.00110.0454hm，h.d.这是一个很难开采的软煤层。矿井回采工作面沿煤层走向伪倾斜布置,采用5.0m大采高综采一次采全高回采工艺,全部垮落法管理顶板。受条件和采掘接替等限制,矿井前期开采采用跳采,从而形成了多个孤岛工作面。11061工作面是梁北矿的第一个大采高孤岛工作面,埋深447～500m,位于11采区上部西翼已经回采结束的11041和11081工作面之间,11061孤岛工作面位置示意图如图1所示。2正常的反恐措施2.1区域反恐措施2.1.1钻孔封放及封放在工作面两巷掘进期间滞后及在工作面贯通后,在两巷分别布置顺层平行抽放钻孔,执行边掘边抽、采前预抽以及边采边抽措施,并与井下移动泵站、区域泵站和地面永久泵站联网进行抽放。钻孔采用合成树脂封孔材料和Φ32mm×13m聚乙烯封孔管进行封孔。抽放泵选用YD-Ⅲ型移动式瓦斯抽放泵。抽放孔具体布置参数见表1。2.1.2工高位钻孔终孔高度设计在风巷内向煤层顶板施工的钻孔,通过工作面采动压力形成的顶板裂隙来抽放工作面上覆岩层及上隅角涌出的瓦斯。在工作面初次来压前施工高位钻孔,钻孔终孔高度需穿过冒落带到达岩层裂隙带。根据工作面顶板具体情况,终孔位置选在直接顶砂质泥岩上方的9.25m厚的第二层中粒砂岩(称第二关键层,第一层中粒砂岩称第一关键层,二者之间储存瓦斯)中,高度在12～21m之间。高位钻孔直径为108mm,深度80～100m,孔口下5m长套管,用聚氨酯及塑料胶管封孔,封孔管径为75mm,封孔深度为4m。2.2局部预防和突发事件纠正措施主要采取工作面浅孔抽放、煤层中高压注水和老塘埋管瓦斯抽放等局部防突措施。1复合式充填设计方案①当工作面煤厚≤3.5m时,工作面两端第5～8号支架、第70～73号支架措施孔布置四排,工作面中部第9～69号支架措施孔布置五排,最上方一排孔口距顶板1.8m,仰角4°,第二排仰角3°,第三排仰角2°,第四排为水平孔,中间部分的第五排为-2°下扎孔,孔径均为75mm,间距为1500mm,排距为200mm,投影深度为12000mm,垂直于煤壁呈五花眼布置。效检孔布置在措施孔中间,距顶板2.1m,孔径为42mm,间距为7500mm,投影深度为8500mm,仰角4°。②当采面煤厚>3.5m时,工作面两端第5～8号支架、第70～73号支架措施孔布置五排,工作面中部第9～69号支架措施孔布置六排,最上方一排孔口距顶板2.4m,仰角6°,第二排仰角4°,第三排仰角2°,第四排为水平孔,第五排为-2°下扎孔,中间第六排为-3°下扎孔,孔径均为75mm,间距为1500mm,排距为200mm,投影深度为12000mm,垂直于煤壁呈五花眼布置。效检孔布置在措施孔中间,距顶板2.1m,孔径为42mm,间距为7500mm,投影深度为8500mm,仰角8°。③注水孔:孔径为42mm,间距为7500mm,投影深度为9500mm,-3°下扎孔。注水压力为11MPa左右。2其他投影深度为满足防突和工作面推进需要,措施孔投影深度改为13000mm、效检孔投影深度改为9200mm,其它保持不变。根据工作面煤厚变化适当将第一排孔距顶板的距离进行调整。3临界值及突出危险程度判断采取局部防突措施后,采用钻屑解吸值△h2和钻屑量S两个效检指标,其临界值及突出危险程度判定为:当△h2<200Pa且Smax<6kg/m时,无突出危险;当△h2≥200Pa或Smax≥6kg/m时,有突出危险。4工作面老顶跨落后为防止工作面瓦斯超限,在工作面上隅角安装埋管抽放系统,独立抽排。在工作面老顶跨落后,开始抽放,埋管时管子吸气口要保持一定高度,设在墙垛的上部,尽量伸向顶板冒落三角区。插管实行双管迈步式,迈步距离一般为13m,每往前推进一个防突循环用小麻袋装煤打一次墙垛。3爆破恢复措施针对11061工作面在采取以上防突措施后出现的异常情况,通过进一步查阅地质资料、钻孔资料、瞬变电磁预测报告、矿压及电磁辐射监测数据、措施效果检验情况等,制定了以下专项措施。1)在薄煤带采取10m深孔松动爆破措施:钻孔布置在薄煤带底板炭质泥岩中,间距为3m,深度为10m,采用黄泥封孔,封孔深度为5～6m,钻孔直径根据松动爆破用的被筒炸药的直径而定。在工作面推至煤厚均大于1.5m后,停止采取松动爆破措施。若频繁出现响煤炮、压出、严重片帮等情况时须恢复爆破措施。2)在机巷钻场内,补充施工扇形区域卸压钻孔。并在切眼以外100m范围内每20m布置一个区域措施效检钻孔,对区域消突效果进行评价。效检采用瓦斯含量指标法,临界值为6m3/t。3)在工作面风巷从切眼向外50m范围内要保证双排区域抽放钻孔抽放,确保卸压效果。否则,必须停采并及时施工区域抽放钻孔。同时,坚持工作面每推进20m,在风巷距工作面50m处测定工作面内瓦斯残存含量,每次两个点,残存含量均低于6m3/t后方可回采。4)为保证安全,降低防突循环进度:在工作面初采及出现响煤炮、压出、严重片帮等现象期间,按每循环2.5m进行推进;通过薄煤区、应力稳定后,防突循环进尺调整为3.5m;暂不执行正常的4.0m。5)根据瓦斯及应力显现情况,尽可能采取多打孔措施,加大局部防突力度。同时,把正常防突措施效检指标的S值的临界指标降为4kg/m,并采取电磁辐射等指标观测。6)采取可靠的防护措施,工作面人员尽可能少,并制定严格的撤人方案:在割煤或瓦斯钻孔施工期间出现响煤炮时,必须撤人;不管什么时候连续出现3声响煤炮或当班出现3次时,必须撤人。4局部防突措施1)采取边掘边抽、采前