微地震技術在特厚煤層開采中的應用

楊國華

微地震技術在特厚煤層開采中的應用

楊國華

為研究大同煤礦集團公司塔山礦特厚煤層綜放面圍巖運動規(guī)律，科學進行開采設計，并為礦山壓力控制提供科學依據(jù)，根據(jù)綜采放頂煤工作面的實際情況，按高精度微地震監(jiān)測技術的要求，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動參數(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)第一個大規(guī)模開采石炭二疊紀煤層的特大型礦井，設計年生產能力1 500萬t。礦井于2003年2月開工建設，2006年7月投入試生產。首采工作面開采石炭二疊紀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，有效地預防周期來壓和采空區(qū)的大范圍冒頂，我們運用微地震監(jiān)測技術對首采工作面的礦壓顯現(xiàn)進行了監(jiān)測分析。

微地震技術是利用傳感器在遠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)生時間、空間位置、尺度、強度及性質 (如壓張性、剪切或者兩者同在)，預測預報井下掘進、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)設計

針對首采綜放工作面所采煤層厚度大，推進速度慢、采空區(qū)空間大、頂板堅硬、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，本實施方案分別設計建立頂板巖石及煤層破壞監(jiān)測、預測預報和數(shù)據(jù)管理系統(tǒng)。

2 實施方案

在工作面運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4個監(jiān)測鉆孔（見圖1）。每個鉆孔內安裝3～4個三分量微地震信號接收傳感器（見圖2）。

在距工作面250 m處設數(shù)據(jù)接收處理總站，實時監(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)預測圍巖的破壞和頂板巖層的垮落，有效地預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，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，由此可能導致檢測的微地震波形出現(xiàn)畸變，因此在鉆孔過程中應當盡可能地使鉆孔垂直。

3 現(xiàn)場應用

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，巖層運動范圍逐漸增大，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，局部達到200 m（上位空間結構）。

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個微震事件集中區(qū)：一是工作面前方0 m～100 m范圍內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工作面回風巷側的顯現(xiàn)情況。圖中，高位巖層的破裂范圍比較大，8103工作面頂板在側向35 m以內開始斷裂，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)產生的微震事件均超前工作面較大距離，達227 m。一般，斷層屬不完整巖體，兩側巖體內應力向斷層傳遞，在斷層附近形成應力集中，導致此區(qū)域頻繁出現(xiàn)微震事件。因此，當工作面推臨至斷層位置時（見圖10），采取工作面與斷層斜交快速推進的措施，同時加強兩平巷的超前支護強度。

3.5 微地震揭示的8103工作面動壓區(qū)域

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

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

4 主要結論

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

本次監(jiān)測得到的主要結論：

①高精度微地震監(jiān)測能夠為特厚綜放工作面的礦壓控制提供科學依據(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。

③煤層上方巖層低位破裂范圍破裂高度一般在75 m以內，相當于直接頂和老頂?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構周期性運動引起的。

④特厚煤層首采面巖層側向破裂位置在35 m以內，這是合理確定特厚煤層綜放工作面護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，大學本科學歷，現(xiàn)在大同煤礦集團大唐塔山煤礦有限公司工作，工程師。

2010－10－27

2010－11－12