邵昌堯， 劉志剛

(山東能源淄礦集團唐口煤業(yè)， 山東濟寧 272055)

深部大采高綜采工作面微震活動規(guī)律多因素分析

邵昌堯， 劉志剛

(山東能源淄礦集團唐口煤業(yè)， 山東濟寧 272055)

摘要：為探索深部大采高綜采工作面沖擊地壓監(jiān)測技術，基于現(xiàn)有的微震監(jiān)測技術與裝備，并結合采場布置與生產接續(xù)安排情況，研究了深部大采高綜采工作面微震活動規(guī)律.對工作面從開面到“見方”階段大量微震事件進行統(tǒng)計分析，得出諸因素如空間、時間、煤層及工作面生產活動對微震活動造成的一般性規(guī)律，為下一步同類工作面開采提供防沖監(jiān)測依據(jù).

關鍵詞：深部開采； 大采高； 綜采； 微震規(guī)律； 多因素分析

隨著煤礦采深的增加，沖擊地壓等動力災害日趨增多，如何安全高效回收深部煤炭資源成為困擾煤炭行業(yè)的難點與重點問題[1-3].經過工程技術人員的努力，目前沖擊地壓監(jiān)測方法已有多種類型，其中沖擊地壓地球物理方法主要包括了微震監(jiān)測法、聲發(fā)射法、電磁輻射法等[1，4].微震監(jiān)測法是目前比較典型且日趨成熟的一項技術[5-6]，其原理主要是通過監(jiān)測煤巖體破裂失穩(wěn)萌生、發(fā)育、貫通等過程出現(xiàn)的一系列微震動活動，來總結規(guī)律并進一步預測沖擊地壓的發(fā)生.

1 工作面概況

5303工作面是530采區(qū)回采的第三個大采高工作面，走向可采長度1501m，傾向長度190m.回采煤層為3上煤，煤層底板標高-942.4～-885.4m，地面標高+35.1～+39.5m，煤為黑色，條痕黑褐色，以亮煤為主，暗煤次之，屬半亮型煤，油脂-玻璃光澤，階梯狀斷口.該煤種屬氣煤，其摩氏硬度為2～3.根據(jù)巷道實際揭露資料，該工作面3上煤層沉積較穩(wěn)定，全部可采，厚度在1.20～5.90m之間，平均厚4.60m.該面選用綜合機械化一次采全高走向長壁后退式采煤法.根據(jù)同采區(qū)已回采結束的工作面礦壓觀測資料[7]，3上煤層直接頂為較穩(wěn)定的Ⅱ類頂板，老頂為二級頂板，采用全部垮落法管理頂板效果良好.因此5303工作面也采用全部垮落法管理頂板.

工作面上方660m左右的J3地層有巖漿巖發(fā)育，巖性為輝長巖等，厚32.5～62.8m.由于巖漿巖與3上煤間距遠，3上煤不受巖漿巖侵蝕，但該巖漿巖的活動與斷裂有可能誘發(fā)沖擊地壓災害.

2 工作面微震事件分布及規(guī)律分析

截至2013年10月份，5303工作面累計推采長度236.15m，工作面已通過一次見方區(qū)域，回采期間共記錄到120余起微震事件，釋放總能量2.5×105J，最大單事件能量為2.9×104J.如圖1所示微震事件按空間統(tǒng)計主要分布在3個區(qū)域：一是面前50～200m膠帶順槽實體煤側；二是面前300～450m段；三是臨近采空區(qū)之間實體煤中.

微震事件按時間統(tǒng)計主要分布在2個區(qū)域：一是工作面檢修后恢復生產期間；二是“見方”影響期間.

圖1 微震事件分布平面圖

2.1 微震事件空間分布規(guī)律

(1)面前50～200m之間(圖1中Ⅰ區(qū))微震活動主要受采動影響，采空區(qū)老頂巖梁進行力源傳遞，導致超前支承壓力的周期性出現(xiàn)，誘發(fā)煤巖層斷裂，發(fā)生微震事件.

(2)面前400m附近微震密集點(圖1中Ⅱ區(qū))分析.臨近5302采空區(qū)穩(wěn)沉后形成穩(wěn)定的覆巖結構，導致側向支撐壓力向實體煤內延伸，同時該區(qū)域處于5303、5302聯(lián)合見方區(qū)，煤、巖層處于高應力狀態(tài)，受5303工作面回采擾動影響，平衡狀態(tài)出現(xiàn)失穩(wěn)現(xiàn)象，進而出現(xiàn)大量微震事件.

(3)大能量微震事件(E≥104J)90%以上發(fā)生在距工作面200m外實體煤中.5303工作面前皮順南側發(fā)生2起大能量(E大于等于10000J)微震事件，臨近采空區(qū)附近實體煤發(fā)生2起大能量微震事件，主要受回采及采空區(qū)上方巖層斷裂影響，超前支承壓力逐漸傳遞，彈性勢能逐漸在面前遠處實體煤中積聚，并受擾動釋放，誘發(fā)大能量事件.圖2所示為工作面區(qū)域大能量微震事件分布區(qū)域示意圖.

圖2 工作面附近大能量微震事件

2.2 微震活動時間分布規(guī)律

(1)恢復生產階段.由圖3可見，10月2日、3日兩天停產檢修，10月4日恢復生產，推進度變量為7.5m，微震能量由500J/d升高到35000J/d.原因分析：工作面停產后面后老頂逐漸垮落并趨于穩(wěn)定，此時應力集中到工作面前方，恢復生產后平衡狀態(tài)破壞，積聚的彈性勢能突然釋放，導致微震能量及頻次的升高.

(2)工作面“見方”期間.5303工作面見方期間(采空區(qū)長度170～230m)共發(fā)生微震事件15起，主要分布在面前130m、頂板5m至底板15m之間，見方期間，上覆關鍵層積聚較高的能量，工作面超前支撐壓力普遍升高，頂板活動頻繁，導致微震事件頻發(fā).

(3)從微震活動頻次、能量與推進度的關系來分析.10月份，工作面基本保證勻速推采，推進度平均5.6m/d，但部分時段推進度有較大波動(0～8.5m)，相應階段微震事件能量變化最大達到30000J，頻次升高3倍，見圖3.可見回采強度的大幅度變化導致頂板無規(guī)律性破斷，局部能量積聚，導致大能量事件的發(fā)生.

圖3 微震事件與推進度關系圖

3 微震事件與工作面及煤層空間關系

3.1 微震事件與工作面關系

表1所示為主要微震事件與回采程度關系.可以看出微震事件90%以上分布在面后90m至面前450m內，煤層底板以下10m至頂板以上20m之間.其中，工作面50m范圍內微震事件占19%，50～200m范圍內微震事件占50%，200～300m之間基本無微震活動，300～450m之間微震事件占30%，個別微震事件發(fā)生在工作面600m以外.

表1 主要微震事件分析表

3.2 微震事件與煤層關系

煤層底板微震事件占35%，煤層微震事件占55%，頂板微震事件占10%，如圖4所示.

圖4 微震事件與煤層關系示意圖

4 結論

(1) 深部大采高綜采工作面微震活動與工作面埋深、煤層頂?shù)装宓茸匀灰蛩赜兄苯雨P系，以5303工作面來說微震事件大多分布于煤層所在層位，且多位于面后90m至面前450m范圍內.

(2) 通過研究可知，與5303工作面類似條件下的深部大采高綜采工作面微震活動，空間上受工作面布置、臨近采空區(qū)、采煤方法等因素影響較大.時間上主要發(fā)生在恢復生產階段、見方期間和推進度有較大波動時.

(3) 根據(jù)5303工作面從開面到“見方”結束微震事件與工作面及煤層關系分析，可知當工作面推采速度保持在較低且勻速的狀態(tài)時，微震活動比較平穩(wěn)，且釋放能量維持在較低水平.當推采速度突然加快或減緩時，微震活動變化比較明顯，特別是推進度大幅度變化時，容易誘發(fā)大能量微震事件.可以得出在沖擊地壓工作面合理控制推進度對于有效預防大能量事件的發(fā)生具有積極的效果.

參考文獻：

[1]鄒德蘊.煤巖體蠕變失穩(wěn)及預測方法[M].北京:煤炭工業(yè)出版社,2012.

[2]耿獻文.礦山壓力測控技術[M].徐州:中國礦業(yè)大學出版社,2002.

[3]竇林名.煤礦開采沖擊礦壓災害防治[M].徐州:中國礦業(yè)大學出版社,2006.

[4]鄒德蘊,劉志剛,姚樹陽.采場礦壓監(jiān)測與數(shù)據(jù)信息融合技術應用研究[J].煤炭科學技術,2011(08):14-18.

[5]劉志剛,鄒德蘊,李錦秀，等.KDZD型沖擊地壓聲發(fā)射信號監(jiān)測系統(tǒng)及應用[J].煤,2011(03):19-21.

[6]劉志剛.基于聲發(fā)射原理的沖擊地壓監(jiān)測裝備研究及應用[D].青島：山東科技大學,2011.

[7]劉志剛,汪棟,李錦秀.深部開采工作面礦壓監(jiān)測方法及監(jiān)測設備適用性研究[J].山東理工大學學報：自然科學版,2013(4):30-33.

(編輯：姚佳良)

收稿日期：2014-07-26

作者簡介：邵昌堯，男，tkmkscy@163.com; 通信作者：劉志剛，男，liuzg1985@163.com

文章編號：1672-6197(2015)02-0076-03

中圖分類號：TD324

文獻標志碼：A

Themulti-factoranalysisonthedeeplargeminingheightfully
mechanizedminingfacemicroseismactivityrule

SHAOChang-yao，LIUZhi-gang

(ShandongEnergyZiboMiningGroupTangkouCoal,Ji′ning272055,China)

Abstract:To explore rock burst monitoring technology in the deep large mining height fully mechanized mining face, combining stope layout and production situation， we studied mining face microseism activity rule based on existing microseism monitoring technology and equipment.We analyzed a large number of microseism events of the working face from production to "Square" stage to find universal rules of the factors, such as space,time,coal seam and the working face production activity on microseism activity.This work can provide a basis for rock burst monitoring technology in the same type working face.

Key words:deep mining； large mining height； fully mechanized mining； the rule of microseism； multi-factor coupling analysis