鄆城煤礦微震活動規(guī)律研究

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(shè)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(shè)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(shè)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(shè)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(guān)，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(zāi)害之外的又一大災(zāi)害。而微震監(jiān)測技術(shù)被國內(nèi)越來越多的煤礦做為預(yù)測預(yù)報沖擊地壓的主要監(jiān)測手段。微震監(jiān)測技術(shù)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(yù)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(guān)系分析

1300工作面微震事件數(shù)和微震能量與推進度關(guān)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(guān)，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(fù)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(guān)系圖

圖6　微震能量與推進度關(guān)系圖

分析對比1300工作面微震活動與推進度的關(guān)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(fù)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(luò)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(luò)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(yù)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(yīng)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(luò)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(guān)。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(yù)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）

［4］ 姜福興，XUN Luo.微震監(jiān)測技術(shù)在礦井巖層破裂監(jiān)測中的應(yīng)用［J］.巖土工程學報，2002（2）

［5］ 竇林名，何雪秋.沖擊地壓防治理論與技術(shù) ［M］.徐州:中國礦業(yè)大學出版社，2001

［6］ 夏永學，藍航，毛德兵等.就微震監(jiān)測的超前支承壓力分布特征研究［J］.中國礦業(yè)大學學報，2011（6）

［7］ 王傳朋，王元杰，陳法兵.微震監(jiān)測技術(shù)在集賢煤礦沖擊地壓防治中的應(yīng)用研究 ［J］.礦業(yè)安全與環(huán)保，2014（2）

［8］ 桂兵，呂建未，曲延倫.大采深厚煤層復(fù)雜條件下沖擊地壓防治技術(shù)［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(shè)和生產(chǎn)技術(shù)管理工作。