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        鄆城煤礦微震活動規(guī)律研究

        2015-10-26 07:56:04張世東李巖喬京利錢廣斌
        中國煤炭 2015年9期
        關鍵詞:鄆城微震沖擊

        張世東李 巖喬京利錢廣斌

        (1.山東省鄆城煤礦,山東省鄆城市,274718;2.天地科技股份有限公司開采設計事業(yè)部,北京市朝陽區(qū),100013;3.煤炭科學研究總院開采設計研究分院,北京市朝陽區(qū),100013)

        鄆城煤礦微震活動規(guī)律研究

        張世東1李 巖2,3喬京利1錢廣斌1

        (1.山東省鄆城煤礦,山東省鄆城市,274718;2.天地科技股份有限公司開采設計事業(yè)部,北京市朝陽區(qū),100013;3.煤炭科學研究總院開采設計研究分院,北京市朝陽區(qū),100013)

        根據(jù)鄆城煤礦微震監(jiān)測系統(tǒng)的監(jiān)測結(jié)果,分析了1300工作面開采強度和推進速度對微震活動的影響、1300工作面微震事件能量分布和工作面內(nèi)微震活動分布規(guī)律。結(jié)果表明:微震活躍度與開采強度和推進速度成正相關,推進度的劇烈變化會導致大能量事件發(fā)生;并通過對微震事件分布規(guī)律的分析確定了1300工作面開采影響范圍和高沖擊危險區(qū)域。

        微震 開采強度 推進速度 沖擊地壓

        近年來我國中東部地區(qū)由于淺部煤炭資源已經(jīng)開采殆盡,越來越多的礦井轉(zhuǎn)入深部開采,現(xiàn)有沖擊地壓礦井發(fā)生沖擊地壓的頻率和強度都在增加,原本沒有沖擊地壓的礦井也開始受到?jīng)_擊地壓的影響,沖擊地壓已經(jīng)成為礦井五大災害之外的又一大災害。而微震監(jiān)測技術被國內(nèi)越來越多的煤礦做為預測預報沖擊地壓的主要監(jiān)測手段。微震監(jiān)測技術就是通過在煤礦井下巷道中布置傳感器,接收煤巖體破裂時所發(fā)出的地震波,從而確定震源位置及震動能量,進而得到礦井沖擊地壓微震活動信息,為沖擊地壓防治提供依據(jù)。

        鄆城煤礦1300工作面采用綜放開采,平均采深850 m,傾向長度100 m,為礦井的首采工作面。工作面左側(cè)為八里莊支四斷層(落差為5~110 m,傾角為75°),工作面內(nèi)的FY15斷層(落差為0~20 m,傾角為70°)貫穿1300工作面和1301工作面。1300工作面切眼位置處于背斜構(gòu)造區(qū)域,如圖1所示。

        1 微震事件統(tǒng)計

        為了加強對沖擊地壓的監(jiān)測預報,鄆城煤礦引進了ARAMIS M/E微震監(jiān)測系統(tǒng),對全礦井范圍內(nèi)的微震活動情況進行監(jiān)測,并對1300工作面進行了加強監(jiān)測。

        圖1 1300工作面采掘位置圖

        2014年6月至2015年2月,該微震監(jiān)測系統(tǒng)共監(jiān)測到1300工作面微震事件5831個,微震事件能量等級分布情況如圖2所示。其中101J能量級事件3913個,102J能量級事件1712個,103J能量級事件196個,104J能量級事件9個,105J能量級事件1個,其能量為2.1×105J,鄆城煤礦微震事件整體能量水平較低。

        圖2 微震事件能量分布圖

        2 開采強度對微震事件的影響

        1300工作面在工作面回采前20 d內(nèi)(2014年7月27日至8月15日)共監(jiān)測到33個微震事件;回采后到放煤前20 d內(nèi)(8月16日至9月4日)共監(jiān)測到211個微震事件;放煤后(9月5日至9月25日)20 d內(nèi)共監(jiān)測到325個微震事件。不同時期各能級微震事件數(shù)分布情況見圖3。由圖3可知,1300工作面回采后微震事件顯著增加,放煤工作對頂板擾動更強,微震事件發(fā)生的頻率又再次增加,尤其是能量相對較高的103J能量級以上的事件增加更為明顯。根據(jù)后續(xù)的監(jiān)測發(fā)現(xiàn),截至2015年2月28日,鄆城煤礦能量大于104J事件均發(fā)生在回采開始后,并且90%處于工作面開始放煤后,表明開采強度對鄆城煤礦1300工作面微震事件影響較大。

        圖3 不同時期各能級微震事件數(shù)柱狀圖

        3 微震與工作面相對位置分析

        為分析微震事件相對工作面的位置,采用鎖定工作面位置的方法,制作出1300工作面微震事件與工作面相對位置統(tǒng)計圖,見圖4。由圖4可以看出在1300工作面未開采前微震事件主要處于工作面前方,隨著工作面回采的進行后方采空區(qū)垮落,工作面后方微震事件增多。工作面前方100 m處微震事件最多達到1402個,占1300工作面微震事件總數(shù)的29.39%;工作面前方100~200 m內(nèi)微震事件有1251個,占微震事件總數(shù)的26.23%;工作面前方200~300 m內(nèi)微震事件有378個,占微震事件總數(shù)的7.92%;工作面后方100 m內(nèi)事件有411個,占微震事件總數(shù)的8.62%;工作面后方100 m至工作面前方300 m內(nèi)的微震事件總數(shù)為3442個,占微震事件總數(shù)的72.16%。

        隨著與工作面距離的增加,微震事件逐步減少,但至600 m、700 m、800 m時微震事件數(shù)又處于略高水平,該區(qū)域處于1300工作面2#切眼區(qū)域,可見該距離內(nèi)微震事件的增加主要受2#切眼的掘進工程的影響。

        因此,可以確定1300工作面的開采影響范圍為工作面后方100 m至前方300 m,該區(qū)域內(nèi)沖擊危險性較高,為重點防治區(qū)域。

        4 微震活動與推進度關系分析

        1300工作面微震事件數(shù)和微震能量與推進度關系見圖5和圖6。圖中顯示鄆城煤礦1300工作面微震事件數(shù)和能量均與工作面的推進度呈正相關,微震活動隨工作面推進度的增加而增加。但從12月20日開始,在1300工作面推進度未發(fā)生較大變化時,微震事件數(shù)和能量均呈現(xiàn)上升態(tài)勢,原因是此時工作面處于FY15斷層的下盤,并向斷層逐步靠近所導致;表明此時工作面微震事件開始受到斷層等其他因素的影響,工作面附近區(qū)域的危險程度上升。12月末工作面檢修停采3天,微震事件數(shù)量下降較快,停采結(jié)束后迅速恢復至高速上升狀態(tài),工作面附近煤巖體內(nèi)積聚的能量未得到釋放,至1月9日在1300泄水巷發(fā)生一個105J能量等級微震事件(為分析當日其他微震事件,未將該事件計入當日能量統(tǒng)計)。

        圖4 各距離微震事件數(shù)柱狀圖

        圖5 微震事件數(shù)與推進度關系圖

        圖6 微震能量與推進度關系圖

        分析對比1300工作面微震活動與推進度的關系表明,1300工作面推進速度為6.4 m/d時,微震事件數(shù)和能量仍處于中等水平,危險性不高。但推進速度的不均勻性對微震事件影響較大,尤其是在工作面停采后恢復開采時,推進度變化過于劇烈,使煤巖體內(nèi)積聚的能量無法得到均勻緩慢釋放,易誘發(fā)大能量微震事件,使沖擊危險程度上升。

        5 微震事件分布分析

        1300工作面2#聯(lián)絡巷區(qū)域微震事件數(shù)變化見圖7。從圖7可以看出,在6月工作面切眼剛形成時期,2#聯(lián)絡巷附近區(qū)域受到掘進工程的影響,微震事件較多,至8月回采開始前,微震事件一直處于下降過程中,表明隨時間的推移,該區(qū)域煤巖體逐漸趨于穩(wěn)定。9月工作面開始回采,該區(qū)域微震事件大幅增加,并且發(fā)生一次顯現(xiàn)明顯的大能量事件。10月工作面進入見方區(qū)域,因此該區(qū)域微震事件數(shù)達到峰值;隨工作面向前推進,該區(qū)域微震事件逐漸減少,但工作面后方的微震事件全部集中處于該區(qū)域,微震事件呈現(xiàn)出叢集現(xiàn)象,表明該區(qū)域的危險程度并未降低,至1月初又在該區(qū)域發(fā)生一個能量為105J等級的微震事件,該事件為微震系統(tǒng)運行以來監(jiān)測到的最大能量事件,現(xiàn)場顯現(xiàn)明顯,該事件發(fā)生后,該區(qū)域微震事件叢集現(xiàn)象完全消失。

        結(jié)果表明,微震事件的分布情況對礦井沖擊危險區(qū)域及沖擊危險程度的確定有較強的預示作用。每一個微震事件的發(fā)生均為一次能量釋放,微震事件密集區(qū)域表明該區(qū)域應力集中程度較高,煤巖體內(nèi)積聚能量較高,從而說明該區(qū)域危險程度較高;反之,微震事件稀疏區(qū)域則危險程度較低。

        6 結(jié)論

        (1)鄆城煤礦1300工作面微震事件均以小能量事件為主,微震事件發(fā)生受開采強度影響很大,開采強度越高,微震事件發(fā)生的數(shù)量越多,活躍程度越高。

        圖7 2#聯(lián)絡巷附近區(qū)域微震事件數(shù)統(tǒng)計

        (2)根據(jù)微震事件分布分析,鄆城煤礦1300工作面的開采影響范圍工作面后100 m至工作面前300 m以內(nèi)區(qū)域。

        (3)1300工作面微震事件的能量與頻次與工作面推進度呈正相關。工作面推進速度為6.4 m/d時微震活動處于中等水平,但推進度的劇烈變化會導致大能量微震事件的發(fā)生,在一定推進速度內(nèi),非勻速推進更容易造成1300工作面沖擊危險程度的升高。

        (4)微震事件的叢集現(xiàn)象能很好地預測沖擊危險區(qū)域,為現(xiàn)場防沖工作的開展提供依據(jù)。

        [1] 齊慶新,竇林名.沖擊地壓理論與研究 [M].徐州:中國礦業(yè)大學出版社,2008

        [2] 毛德兵,陳法兵.采動影響下斷層活化規(guī)律及其誘發(fā)沖擊地壓的防治[J].煤礦開采,2013(1)

        [3] 李浩蕩,藍航,杜濤濤等.寬溝煤礦堅硬厚層頂板下沖擊地壓危險時期的微震特征及解危措施 [J].煤炭學報,2013(4)

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        [8] 桂兵,呂建未,曲延倫.大采深厚煤層復雜條件下沖擊地壓防治技術[J].中國煤炭,2009(11)

        [9] 王元杰,鄧志剛,王傳朋.提高深部開采微震事件定位精度的研究[J].中國煤炭,2011(12)

        (責任編輯 郭東芝)

        Study on regularity of micro-seismic activity in Yuncheng Coal Mine

        Zhang Shidong1,Li Yan2,3,Qiao Jingli1,Qian Guangbin1
        (1.Shandong Yuncheng Coal Mine,Yuncheng,Shandong 274718,China;2.Coal Mining&Designing Department,Tiandi Science&Technology Co.,Ltd.,Chaoyang,Beijing 100013,China;3.Coal Mining&Designing Research Branch,China Coal Research Institute,Chaoyang,Beijing 100013,China)

        According to the monitoring results of micro-seismic monitoring system in Yuncheng Coal Mine,the influences of mining intensity and advance speed on micro-seismic activities in No.1300 working face,the energy distribution of micro-seismic incidents,and the distribution law of micro-seismic activities were analyzed.The results indicated that there was a positive correlation between the micro-seismic activities and the mining intensity or working face advance speed,the macro-energy incidents happened when the face advance changed violently. Through the analysis of micro-seismic incidents'distribution law,mining influence ranges and the dangerous zones of high impact were analyzed and determined.

        micro-seismic,mining intensity,working face advance speed,rock burst

        P631.4 TD324

        A

        張世東(1972-),男,工程碩士,高級工程師,從事礦井建設和生產(chǎn)技術管理工作。

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