楊國華

微地震技術(shù)在特厚煤層開采中的應(yīng)用

楊國華

為研究大同煤礦集團(tuán)公司塔山礦特厚煤層綜放面圍巖運(yùn)動(dòng)規(guī)律，科學(xué)進(jìn)行開采設(shè)計(jì)，并為礦山壓力控制提供科學(xué)依據(jù)，根據(jù)綜采放頂煤工作面的實(shí)際情況，按高精度微地震監(jiān)測技術(shù)的要求，確定測區(qū)布置的原則，分析了影響監(jiān)測定位精度的主要因素，對采集數(shù)據(jù)進(jìn)行了研究分析、對比，初步得出了塔山礦特厚煤層綜放工作面圍巖運(yùn)動(dòng)參數(shù)。

微地震監(jiān)測；特厚煤層；綜采放頂煤；巖層破裂

同煤大唐塔山煤礦有限公司塔山礦井是大同地區(qū)第一個(gè)大規(guī)模開采石炭二疊紀(jì)煤層的特大型礦井，設(shè)計(jì)年生產(chǎn)能力1 500萬t。礦井于2003年2月開工建設(shè)，2006年7月投入試生產(chǎn)。首采工作面開采石炭二疊紀(jì)3～5#合并層，走向長度1 490 m，傾向長度230 m，平均煤厚15.1 m，儲量724.7萬t，采用單一走向長壁綜合機(jī)械化低位放頂煤采煤法開采。

鑒于目前塔山煤礦是該地區(qū)第一個(gè)大規(guī)模開采石炭二疊系的礦井，對特厚煤層放頂煤開采的礦壓顯現(xiàn)規(guī)律掌握不夠，放煤基本參數(shù)不全。為全面了解和掌握特厚煤層的頂板垮落和放煤規(guī)律，有效地預(yù)防周期來壓和采空區(qū)的大范圍冒頂，我們運(yùn)用微地震監(jiān)測技術(shù)對首采工作面的礦壓顯現(xiàn)進(jìn)行了監(jiān)測分析。

微地震技術(shù)是利用傳感器在遠(yuǎn)處測量巖體瞬間破裂激發(fā)的彈性波，根據(jù)彈性波攜帶的破裂源信息，然后利用所測量的信號特征來確定破裂的發(fā)生時(shí)間、空間位置、尺度、強(qiáng)度及性質(zhì) (如壓張性、剪切或者兩者同在)，預(yù)測預(yù)報(bào)井下掘進(jìn)、回采工作面頂板煤巖層的斷裂變化情況。

1 首采工作面微地震探測系統(tǒng)設(shè)計(jì)

針對首采綜放工作面所采煤層厚度大，推進(jìn)速度慢、采空區(qū)空間大、頂板堅(jiān)硬、不易冒頂、瓦斯容易大規(guī)模積聚、煤層瓦斯分布不均勻等特點(diǎn)，本實(shí)施方案分別設(shè)計(jì)建立頂板巖石及煤層破壞監(jiān)測、預(yù)測預(yù)報(bào)和數(shù)據(jù)管理系統(tǒng)。

2 實(shí)施方案

在工作面運(yùn)輸順槽距工作面開切眼80 m～100 m，180 m～200 m，260 m～300 m和340 m～400 m處設(shè)4個(gè)監(jiān)測鉆孔（見圖1）。每個(gè)鉆孔內(nèi)安裝3～4個(gè)三分量微地震信號接收傳感器（見圖2）。

在距工作面250 m處設(shè)數(shù)據(jù)接收處理總站，實(shí)時(shí)監(jiān)測煤層及頂板巖石的破裂、破壞和垮落情況。根據(jù)系統(tǒng)接收的煤層及頂板巖石破壞的歷史數(shù)據(jù)預(yù)測圍巖的破壞和頂板巖層的垮落，有效地預(yù)防周期來壓和采空區(qū)的大范圍冒頂。

利用檢波器監(jiān)測礦山微地震事件時(shí)，由于多種原因，三分量檢波器的埋置可能存在一定的偏差，并且這些偏差的程度和方向各不相同，由此可能導(dǎo)致檢測的微地震波形出現(xiàn)畸變，因此在鉆孔過程中應(yīng)當(dāng)盡可能地使鉆孔垂直。

3 現(xiàn)場應(yīng)用

3.1 微地震揭示的8103工作面巖層超前破裂

圖3、圖4和圖5是2007年11月2日至30日微震事件平剖面圖。從圖中可以看出，隨工作面推進(jìn)，巖層運(yùn)動(dòng)范圍逐漸增大，8103工作面高位頂板超前煤壁75 m開始斷裂，2條穿面斷層在工作面前方227 m處開始活化。密集分布區(qū)破裂高度50 m（直接頂），正常破裂高度75 m（老頂），周期性最大破裂高度150 m，局部達(dá)到200 m（上位空間結(jié)構(gòu)）。

3.2 微地震揭示的8103工作面走向超前支撐壓力分布

圖6是固定工作面微地震事件平面分布圖，圖7是固定工作面后的微地震事件走向剖面分布圖。由圖可知，8103工作面超前支撐壓力范圍為工作面前100 m左右。

由圖7可知，工作面前方存在2個(gè)微震事件集中區(qū)：一是工作面前方0 m～100 m范圍內(nèi)的正常開采引起的巖層破裂區(qū)；二是工作面前方100 m～227 m范圍內(nèi)的斷層影響區(qū)。

3.3 微地震揭示8103面?zhèn)认蛎簬r層破裂及側(cè)向支撐壓力分布

第10頁圖8是微地震事件在8103工作面回風(fēng)巷側(cè)的顯現(xiàn)情況。圖中，高位巖層的破裂范圍比較大，8103工作面頂板在側(cè)向35 m以內(nèi)開始斷裂，密集分布區(qū)破裂范圍100 m，破裂高度75 m。

3.4 微地震揭示的8103工作面斷層活化區(qū)域

隨工作面開采，斷層區(qū)域活化頻繁，如第10頁圖9中橢圓區(qū)域，出現(xiàn)的微地震事件較集中，微地震揭示的斷層活化區(qū)產(chǎn)生的微震事件均超前工作面較大距離，達(dá)227 m。一般，斷層屬不完整巖體，兩側(cè)巖體內(nèi)應(yīng)力向斷層傳遞，在斷層附近形成應(yīng)力集中，導(dǎo)致此區(qū)域頻繁出現(xiàn)微震事件。因此，當(dāng)工作面推臨至斷層位置時(shí)（見圖10），采取工作面與斷層斜交快速推進(jìn)的措施，同時(shí)加強(qiáng)兩平巷的超前支護(hù)強(qiáng)度。

3.5 微地震揭示的8103工作面動(dòng)壓區(qū)域

圖11中橢圓形區(qū)域內(nèi)（見圖11）是微地震事件分布盲區(qū)，說明此區(qū)域內(nèi)的巖體完整性較好，沒有斷裂。當(dāng)工作面進(jìn)入圖12中紅色區(qū)域時(shí)（見圖12），高位和低位頂板在短時(shí)間內(nèi)幾乎同時(shí)斷裂，工作面支架將會(huì)受到很大動(dòng)壓，壓力顯現(xiàn)非常明顯，甚至壓死支架。

礦壓觀測規(guī)律表明，整個(gè)工作面支架靜壓相近，但靠近運(yùn)輸巷動(dòng)壓很大，與微震事件分區(qū)邊界吻合。

4 主要結(jié)論

本次微地震監(jiān)測是首采面兩邊實(shí)體煤的數(shù)據(jù)，隨著監(jiān)測的進(jìn)行，將得到更加豐富和完整的結(jié)果。

本次監(jiān)測得到的主要結(jié)論：

①高精度微地震監(jiān)測能夠?yàn)樘睾窬C放工作面的礦壓控制提供科學(xué)依據(jù)。

②首采面頂板和底板都發(fā)生了超前破裂現(xiàn)象，在平面上，頂板超前煤壁75 m開始斷裂，由此可見，超前支撐壓力峰值的位置在距離工作面75 m以內(nèi)。

③煤層上方巖層低位破裂范圍破裂高度一般在75 m以內(nèi)，相當(dāng)于直接頂和老頂?shù)姆秶桓呶黄屏逊秶诿簩由戏?5 m～150 m左右，這是由上位覆巖空間結(jié)構(gòu)周期性運(yùn)動(dòng)引起的。

④特厚煤層首采面巖層側(cè)向破裂位置在35 m以內(nèi)，這是合理確定特厚煤層綜放工作面護(hù)巷煤柱寬度的重要依據(jù)。

⑤特厚煤層首采面斷層提前活化的距離為227 m左右。

⑥特厚煤層首采面底板的破裂深度為40 m左右。

Application of Microseismic Technology in Thick Coal Seam Mining

Yang Guohua

Microseismic monitoring technology is used on fully mechanized coal caving face of extra-thick coal seams in Tashan coal mine,Datong coal mine group to study the movement law of the surrounding rock mass in order to provide a scientific basis for the coal minig design and the mining pressure control.According to the practical situation of long wall mining with caving coalface and the request of the high precision micro earthquake monitoring technology,the author determines the principle of surrey area's arrangement,analyzes the influence of monitoring positioning accuracy,and studies the collected data.At last we gets the motion parameters of surrounding rock mass,coalface in thick coal seam of Tashan coal mining.

microseismic monitoring technology;thick coal seam;long wall mining with caving;rock burst

TD326

A

1000-4866（2011）01-0008-03

楊國華，男，1973年11月出生，大學(xué)本科學(xué)歷，現(xiàn)在大同煤礦集團(tuán)大唐塔山煤礦有限公司工作，工程師。

2010－10－27

2010－11－12