红山西煤矿B4煤层11401首采面煤岩冲击倾向性鉴定采样方案

研究发现复杂地质条件及孤岛工作面是冲击地压高发区域，但浅埋、近水平、薄煤层、无构造区域也常发生冲击地压，而几乎所有冲击地压矿井煤层均具有冲击倾向性。因此，冲击倾向性是矿井发生冲击地压机理的内因，也是目前评估和预测煤矿冲击危险程度的主要依据。

中煤科工集团重庆研究院有限公司2020年5月编制了《新疆中富矿业有限公司红山西煤矿冲击地压危险性评估报告》。评估结论为：通过对红山西煤矿采用综合指数法评价，得到B4、B6煤层冲击危险性综合指数分别为0.24、0.24 ，顶、底板岩层属Ⅰ类。评估B4、B6煤层煤、顶板和底板冲击危险等级均为无冲击危险。但矿井在建设过程中曾在煤层巷道掘进时发生煤壁爆裂、弹射等动力现象，在B4煤层11401首采面进行煤岩冲击倾向性鉴定工作是很有必要的，若鉴定结果与设计依据不一致，应进行设计变更。

在正式进行实验室试验参数测定之前，需要在现场选定位置进行煤岩体的采样工作，开展本次工作的主要依据如下：

勘探区内所属区域图一带出露地层由老至新依次为石炭系中统前峡组（C2qx）、侏罗系下统八道湾组（J1b）、三工河组（J1s），侏罗系中统西山窑组（J2x）、头屯河组（J2t）、第四系全新统冲洪积层（Q4al+pl）、坡积层（Q4dl）。

椐地表出露及钻孔揭露井田地层由老至新将各地层特征分述如下：

下侏罗统八道湾组（J1b）：在井田内无出露。依据周边井田矿井资料，八道湾组埋藏过深（＞1200米），不作为本次勘探的对象，本次勘探未揭露此地层。

下侏罗统三工河组（J1s）：在井田无出露。岩性由深灰、灰绿、灰黄色泥岩、粉砂岩、细砂岩夹少量砂岩组成，俗称“虎皮层”，本次施工的7-1孔控制厚度仅110.67米，控制厚度不全。以湖相为主的碎屑沉积。与上伏的西山窑组为整合接触。

中侏罗统西山窑组（J2x）：井田内无出露，在第四系覆盖下，均有中侏罗统西山窑组（J2x）地层，为含煤岩组，是本次煤矿勘探控制的目的层，主要岩性为灰白色、黄绿色、灰黄色砂岩、粉砂岩、泥质粉砂岩、粉砂质泥岩互层夹可采煤层、薄煤层、泥岩及炭质泥岩薄层，含丰富植物茎、叶化石碎片。为一套在滨湖三角洲相环境中形成的泥炭沼泽相、河流相的含煤碎屑沉积。该组下段含可采、局部可采煤层2层。井田控制该组地层，平均厚度473.58米，与下伏三工河组为整合接触。在对已有资料和本次勘查资料进行详细研究的基础上，根据岩性特征及含煤性的差异，将该组地层划分为上、中、下三个岩性段，现由下至上分别叙述如下：

西山窑组下段（J2x1）为井田内西山窑组主要含煤段，井田内1-1、1-3、1-4、1-5、3-1、3-2、5-2、5-3、7-2、9-2、9-3、9-4孔控制了该段地层，主要由7—8个沉积旋回组成，每个旋回表现为由粉砂岩→炭质泥岩→煤层、薄煤层，颗粒下粗上细的沉积韵律特征，沉积的环境比较稳定、有序，沉积厚度中等，说明沉积范围、物源有一定限度。总体岩性为灰绿色、灰色泥岩、粉砂质泥岩、泥质粉砂岩，炭质泥岩薄层、与煤层互层，夹中粗砂岩、薄煤层。泥岩、粉砂岩具水平层理和微波状层理，含丰富植物茎、叶片化石碎片。地层中含2层可采煤层，其中1层局部可采煤层，编号为B6，厚度0.30～2.72米，平均厚度1.06米； 1层全区可采煤层，编号为B4，厚度6.86～14.88米，平均厚度为11.51米。该段与下伏三工河组呈整合接触，以底部一层中砂岩（局部为细砂岩）与三工河组分界。该段地层厚平均厚111.86米。地层厚度稳定。

西山窑组中段（J2x2）为井田西山窑组次要含煤段，覆盖于西山窑组下段之上，在井田无出露。1-1、3-2、5-2、7-2、9-2、9-3钻孔控制了该段地层，主要由3—4个河流相、湖滨三角洲相至覆水沼泽相碎屑沉积旋回组成，局部发育有浅湖相和泥炭沼泽相沉积，每个旋回表现为由中砂岩、细砂岩→粉砂岩→炭质泥岩→煤层、薄煤层，颗粒下粗上细的沉积韵律特征，岩性为：灰白色、浅灰色、灰黄色中砂岩、细砂岩与泥质粉砂岩、粉砂质泥岩互层夹含炭泥岩、煤层、煤层。含次要煤层B14、B13、B12、B11、B10、B9，其中B14、B12、B9煤层仅零星可采，煤层平均总厚为2.38米。泥岩、粉砂岩水平层理发育，砂岩中有植物茎干炭化体。底部以一层中砂岩（局部为细砂岩）与下伏西山窑组下段整合接触。井田控制该段地层平均厚158.32米。地层厚度稳定。

西山窑组上段（J2x3）覆盖于西山窑组中段之上，为不含煤地层，在井田无出露。该段可控制厚度不完整。井田内有3-2、5-2、7-2、9-2、9-3（5个钻孔）钻孔控制该段地层，主要由河流相、湖滨三角洲相的沉积旋回组成，岩性为灰黄色、灰白色砾岩、粗砂岩、中砂岩夹泥质粉砂岩，中粗砂岩、粗砂岩中见不规则状水平层理和小型板状、楔状交错层理，见植物茎干化石。井田该段地层控制厚度214.65米，与上伏头屯河组为平行不整合接触。井田内该段底部以一层中砂岩（局部为细砂岩和粗砂岩）与下伏的西山窑组中段（J2x2）分界。

井田大面积被第四系全新统坡积层覆盖，位于乌拉斯台背斜北翼，井田总体形态为一向北倾的缓倾斜单斜构造，倾向340°--355°，倾角25°--45°，地层倾向由东向西逐渐向北西西方向偏转，地层倾角从北向南逐渐变小，由西向东也逐渐变小，岩层倾向变化较大。构造类型定为简单构造类型。二维地震工作也验证本区为一单斜构造。井田内未发现火山岩及岩浆岩。

根据矿井前期最低开采水平+600m，设置3个水平，一水平+1130m、二水平+800m，三水平+600m，均采用上山开采。至于+600m～+400m之间的资源量，根据矿井开采+600m水平时的矿山压力、瓦斯、地温、矿井通风等实测资料，经综合分析后，再确定是否开拓开采该深部区域的资源量。

矿井为斜井开拓。主、副斜井穿层布置，落底于+1130m水平。回风斜井（煤层段）沿B4煤层顶板布置，下部通过+1130m回风石门与+1130m井底车场相连接。根据11采区尺寸，设计确定矿井回采工作面斜长120m（首采工作面106m），区段划分如下：（1）B4煤层：东翼由于煤层侵蚀面影响，可布置三个回采工作面，西翼可布置五个回采工作面；（2）B6煤层：东翼可布置一个回采工作面，西翼可布置五个回采工作面。根据煤层倾角和二个煤层采煤工艺，考虑到上部区段采空区对下部区段开采影响，设计区段之间B6煤层留设垂深10m、B4煤层留设垂深15m的隔离煤柱。矿井投产后根据生产实际和矿压观测参数，合理确定区段间隔离煤柱。主、副斜井均穿层布置，主、副斜井井筒所穿过的煤层底板及顶板岩层较稳定；回风斜井井筒表土段及风化段和基岩段为穿层布置，所穿过的岩层较稳定，煤层段沿B4煤层顶板布置，煤层顶板较稳定。由地质资料分析，井筒层位除了井筒表土及风化段较松软或破碎（采用网筋砼支护）外，基岩段和煤层段均为稳定的岩层或煤层（采用锚喷或锚喷+锚索支护）中。区段石门层位在井筒保护煤柱范围内的稳定岩层，采用锚喷（+锚索）支护）。回采工作面上下顺槽及开切眼层位在煤层中，采用锚网+锚索支护。井田首采区煤层工作面倾角29°～45°。

对于11401首采面煤岩冲击倾向性鉴定的采样工作特殊性如下：

鉴于此，初步确定大致在3个位置采样如下：

并以回风斜井延伸开拓迎头后方为主要的煤岩采样位置。按照取样地段的不同分组。取样时，煤样在B4煤层的上、下部，以大块装箱，保证实验室岩芯沿垂直层理方向钻取不少于5-8个试样；顶板岩样主要在柱状图层次67、63中套筒钻头钻取（见图 5 ），套筒钻头内径为50mm；钻取时沿顶板岩层层理垂直方向钻进，并将岩芯按顺序排列、编号以钻芯纸筒装箱（见图 6 ）。底板取样同顶板，主要在柱状图层次73中钻取。

如表 2 所示，17种冲击性倾向性指数的参数说明和分类标准 [1]。在国标 [2+]+中要求测定的项目为编号1 \(\sim\)5，其中鉴定煤的冲击倾向性的指标编号为1 \(\sim\) 4，鉴定顶底板岩层冲击倾向性的指标为编号5。依据井田内是否发现有强烈震动、瞬间底(帮)鼓、煤岩弹射等动力现象，结合本次采样的区域代表性和采样室内试验分析结论，作出分析区煤层（岩层）是否具有冲击倾向性的结论。冲击倾向性指标只说明煤层的一种性质，能否发生冲击还取决于外界作用的煤岩体应力是否达到临界值。