元永國

(遼源職業(yè)技術(shù)學(xué)院，吉林　遼源　136201)

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·試驗研究·

基于地震波CT技術(shù)煤層爆破卸壓效果檢驗

元永國

(遼源職業(yè)技術(shù)學(xué)院，吉林遼源136201)

龍家堡礦410工作面的采深已接近1 000 m，目前時常發(fā)生較為明顯的動力現(xiàn)象。為了降低沖擊地壓事故發(fā)生的概率，該礦采取了煤層爆破卸壓技術(shù)，但卸壓的效果還需要檢驗。采用地震波CT技術(shù)對煤層爆破效果進(jìn)行檢驗，對該礦以后的煤層爆破卸壓具有積極的借鑒意義。

沖擊地壓；爆破卸壓；地震波CT技術(shù)

龍家堡礦410工作面的采深已接近1 000 m，目前時常發(fā)生較為明顯的動力現(xiàn)象。為了降低沖擊地壓事故發(fā)生的概率，該礦采取了煤層爆破卸壓技術(shù)，但卸壓的效果還需要檢驗。本次實驗的目的為單獨考察煤層爆破卸壓效果，因此，應(yīng)盡可能減少爆破前后其它可變因素的干擾(如采動應(yīng)力的變化、斷頂?shù)绕渌Ｒ?guī)卸壓措施的實施)。同時應(yīng)考慮各種檢驗方法的可靠性，方案設(shè)計應(yīng)便于實際工程的開展，并在達(dá)到檢驗效果的基礎(chǔ)上盡量減少工程量對正常生產(chǎn)的干擾。

1　PASAT-M探測系統(tǒng)布置方案設(shè)計

本次探測分兩輪進(jìn)行，第一輪在實驗炮爆破前，第二輪在實驗炮爆破后。且第二輪實驗時激發(fā)端整體向遠(yuǎn)離工作面方向移動1 m.

PASAT-M檢驗爆破卸壓效果方案布置圖見圖1.由圖1可知，激發(fā)端位于410工作面回風(fēng)巷，采集端位于工作面運(yùn)輸巷，二者之間通過信號線連接。為提高追蹤射線密度，獲得更高的探測精度，綜合考慮設(shè)備能力、探測目的以及工作面現(xiàn)場條件，道間距(探頭間距)設(shè)計15 m，每次激發(fā)有12道同時接收，炮間距(炮孔間距)為5 m，共激發(fā)23炮。爆破卸壓實驗位置位于激發(fā)點序列范圍內(nèi)。卸壓觀測數(shù)據(jù)統(tǒng)計表見表1.

圖1　PASAT-M檢驗爆破卸壓效果方案布置圖

表1　卸壓觀測數(shù)據(jù)統(tǒng)計表

2　探測數(shù)據(jù)質(zhì)量評價

2.1卸壓前探測數(shù)據(jù)

本次探測410回風(fēng)巷走向范圍為115 m，起始點為距巷口102 m處，滿足對卸壓區(qū)域的覆蓋要求。爆破卸壓前實際觀測系統(tǒng)射線模擬效果圖見圖2.

圖2　實際觀測系統(tǒng)射線模擬效果圖(爆破卸壓前)

2.2卸壓后探測數(shù)據(jù)

卸壓后探測工作采用的相關(guān)參數(shù)與卸壓前保持一致，炮點位置整體遠(yuǎn)離工作面移動1 m.本次探測410回風(fēng)巷走向范圍為115 m，起始點為距巷口101 m處，滿足對卸壓區(qū)域的覆蓋要求。爆破卸壓后實際觀測系統(tǒng)射線模擬效果圖見圖3.

圖3　實際觀測系統(tǒng)射線模擬效果圖(爆破卸壓后)

2.3波形數(shù)據(jù)質(zhì)量評價

從波形數(shù)據(jù)來看，本次實驗效果整體良好，數(shù)據(jù)總量、數(shù)量以及覆蓋區(qū)域達(dá)到了設(shè)計預(yù)期，為后期的數(shù)據(jù)處理分析和圖像反演提供了良好的數(shù)據(jù)基礎(chǔ)。爆破卸壓區(qū)域基本都被射線所覆蓋，并且密度較大。在震波接收側(cè)，由于道間距較大，410上巷邊緣區(qū)域存在較大面積的射線盲區(qū)，但該區(qū)域并不是本次探測所關(guān)注的重點區(qū)域。

3　數(shù)據(jù)分析與解釋

3.1卸壓前探測結(jié)果分析

卸壓前探測區(qū)域縱波波速異常系數(shù)分布圖見圖4，圖4中依次以白色到黑色，從小(淺)到大(深)來表示地震波縱波速度異常系數(shù)，探測區(qū)域內(nèi)波速正異常系數(shù)最小為-0.15，最大為0.4.不同區(qū)域煤體的波速異常系數(shù)差別反映了不同的物理學(xué)特性。

圖4　探測區(qū)域縱波波速異常系數(shù)分布圖(卸壓前)

從圖4可明顯看出3個主要波速異常區(qū)，結(jié)合現(xiàn)場條件及相關(guān)礦壓理論可以有如下解釋：

1) 波速正異常區(qū)I：波速異常系數(shù)范圍為 0.07～0.25，為中等集中區(qū)。這是一沿煤層走向方向分布的高應(yīng)力帶，即側(cè)向支承壓力帶。由于該地區(qū)附近主要是卸壓帶，因此，上部巖層壓力必然轉(zhuǎn)移至該地區(qū)，致使其應(yīng)力增高。

2) 波速負(fù)異常區(qū)II：波速異常系數(shù)范圍為-0.15～0，屬于弱卸壓區(qū)。為一個貫穿整個工作面的條帶狀破碎區(qū)域，分布較為零散，破碎程度不同。在爆破卸壓后的反演波速CT切片中，這個特點顯現(xiàn)的一樣比較明顯。

3) 波速正異常區(qū)III：同I.

可見，爆破卸壓前探測范圍內(nèi)的煤巖性質(zhì)就已存在較大的差異性，尤其是巷道圍巖(煤)部分，這反應(yīng)出了工作面煤體的真實狀態(tài)。該征象主要為煤巖層構(gòu)成時自身的非均質(zhì)性和后期的采掘擾動引發(fā)的。

3.2卸壓后探測成果分析

卸壓后探測區(qū)域縱波波速異常系數(shù)分布圖見圖5，圖5中同樣依次為白色到黑色，從小(淺)到大(深)來表示地震波縱波速度異常系數(shù)，探測區(qū)域內(nèi)波速正異常系數(shù)最小為-0.3，最大為0.4.卸壓炮孔位置已在圖5中標(biāo)出，可見，卸壓后的實際卸壓參數(shù)與波速異常區(qū)分布能夠比較好的吻合，異常區(qū)I、II、III分別對應(yīng)24 m、20 m、16 m 3組卸壓爆破區(qū)域。

圖5　探測區(qū)域縱波波速異常系數(shù)分布圖(卸壓后)

1) 16 m組卸壓炮形成卸壓區(qū)，煤巖體應(yīng)力沿煤層走向轉(zhuǎn)移至工作面端，卸壓區(qū)波速異常系數(shù)減小至-0.25～-0.15，低應(yīng)力區(qū)較明顯降低，甚至波及到巷道表面，可能對巷道主動支護(hù)區(qū)產(chǎn)生較大影響。

2) 通過圖4和圖5對比可明顯看出，20 m組卸壓炮改變了該處的圍巖高應(yīng)力狀態(tài)，上覆巖層壓力轉(zhuǎn)移到周邊更大范圍的地區(qū)，圍巖附近波速異常系數(shù)為-0. 3～-0.15，降低了沖擊地壓危險程度，說明該參數(shù)設(shè)置比較合理。

3) 24 m組卸壓炮同樣產(chǎn)生了一定范圍的卸壓區(qū)域，但是高應(yīng)力異常區(qū)IV仍然存在，最大波速異常系數(shù)達(dá)0.4，這說明該組卸壓炮并沒有完全起到調(diào)整圍巖近區(qū)的高應(yīng)力分布情況的作用。

4) 爆破后，相距5 m的鉆孔之間煤體能形成連續(xù)的低應(yīng)力區(qū)，說明炮間距設(shè)計為5 m較為合理。

可見，爆破鉆孔的孔深并非越深越好，也不是越淺越好，為了達(dá)到既能降低高應(yīng)力區(qū)的應(yīng)力集中程度，又能避免巷道支護(hù)質(zhì)量受到顯著影響，爆破孔深度應(yīng)有一個合理的區(qū)間值。探測表明，采用20 m孔深和5 m孔距是相對合理的。

4　建　議

針對龍家堡煤礦目前嚴(yán)峻的防沖擊地壓形勢并結(jié)合上述分析，提出以下幾點建議：

1) 提高防沖工程質(zhì)量，尤其要提高煤層爆破封孔質(zhì)量，確保爆破效果和防止沖孔對巷道的破壞以及由此造成的安全隱患。

2) 煤層沖擊傾向性與注水時間有較大關(guān)系，應(yīng)充分考慮注水效果的時間效應(yīng)，建議進(jìn)行煤的室內(nèi)浸水實驗，根據(jù)浸水實驗結(jié)果確定注水超前時間，并結(jié)合超前支承壓力監(jiān)測結(jié)果和推進(jìn)度確定注水超前距離。

3) 目前，煤層卸壓爆破、大直徑卸壓和煤層注水已成為該礦沖擊地壓日常開展的例行工作，但措施實施存在較大的盲目性，對危險區(qū)域和危險時間不能做到動態(tài)預(yù)測，導(dǎo)致防治工作量大且效果不佳。建議配置地音監(jiān)測系統(tǒng)和沖擊地壓應(yīng)力在線監(jiān)測系統(tǒng)，以實現(xiàn)對沖擊危險性的連續(xù)動態(tài)評價和預(yù)警，根據(jù)危險信息指導(dǎo)該礦開展解危工作和撤離人員。

[1]劉中橋.煤礦沖擊地壓產(chǎn)生原因及防治措施[J].煤炭技術(shù)，2009(2):104-105.

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[3]周強(qiáng),杜濤濤,王書文.深部高應(yīng)力沖擊危險性厚煤層沖擊地壓防治技術(shù)[G]∥中國煤炭學(xué)會開采專業(yè)委員會2012年學(xué)術(shù)年會論文集.北京：中國煤炭學(xué)會開采專業(yè)委員會，2014:351-357.

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Inspection of Coal Seam Blasting Destressing Effect Based on Seismic Wave CT Technology

YUAN Yongguo

The mining depth of 410 working face in Longjiapu coal mine is close to 1 000 m. At present it often occurs more obvious dynamical phenomenon. In order to reduce the probability of rock burst accident, the coal seam blasting destressing technology is took, but the blasting effect test is needed. Seismic wave CT technology is adopted to test the blasting effect of coal seam. It has a positive significance for the coal subsequent coal seam blasting destressing.

Rock burst; Blasting destressing; Seismic wave CT Technology

2016-02-02

元永國(1979—)，男，朝鮮族，吉林四平人， 2008年畢業(yè)于遼寧工程技術(shù)大學(xué)，副教授，主要從事采礦、通風(fēng)安全教學(xué)研究工作(E-mail)502176104@qq.com

TD324

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1672-0652(2016)03-0040-03