特厚沖擊煤層回采速度與微震活動(dòng)規(guī)律研究

汪宏偉，縱 峰，李 根，袁中幫，秦子晗

(1.陜西永隴能源開(kāi)發(fā)建設(shè)有限責(zé)任公司，陜西 寶雞 721000；2.天地科技股份有限公司 開(kāi)采設(shè)計(jì)事業(yè)部，北京 100013)

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特厚沖擊煤層回采速度與微震活動(dòng)規(guī)律研究

汪宏偉1，縱 峰1，李 根1，袁中幫1，秦子晗2

(1.陜西永隴能源開(kāi)發(fā)建設(shè)有限責(zé)任公司，陜西 寶雞 721000；2.天地科技股份有限公司 開(kāi)采設(shè)計(jì)事業(yè)部，北京 100013)

為了確定合理的工作面回采速度，降低沖擊地壓的發(fā)生概率，針對(duì)崔木礦22302工作面回采過(guò)程的強(qiáng)動(dòng)力顯現(xiàn)，對(duì)工作面在不同推進(jìn)階段的微震事件與回采速度的影響關(guān)系進(jìn)行了分析。研究結(jié)果表明，回采速度對(duì)微震事件的頻次影響較為直接，但回采速度的變化對(duì)微震能量的釋放影響最為明顯，尤其是大能量微震事件的發(fā)生均集中在回采速度的劇烈變化期間，存在發(fā)生沖擊地壓的可能。

特厚沖擊煤層；回采速度；微震事件；勻速推進(jìn)

在綜放開(kāi)采過(guò)程中，對(duì)于具有強(qiáng)沖擊傾向性的特厚煤層而言，由于采高大、推采速度快，造成開(kāi)采擾動(dòng)愈加強(qiáng)烈，大大增加了沖擊地壓發(fā)生的概率[1-3]。隨著回采速度的增加，一方面上覆頂板及采場(chǎng)圍巖帶來(lái)強(qiáng)烈的擾動(dòng)，另外也使得采空區(qū)頂板來(lái)不及垮斷，容易出現(xiàn)大面積懸頂現(xiàn)象，一旦垮斷將對(duì)工作面及巷道帶來(lái)沖擊性的破壞[4-5]。因此，對(duì)于特定煤層開(kāi)采而言，回采速度往往成為控制開(kāi)采擾動(dòng)、降低沖擊發(fā)生危險(xiǎn)的關(guān)鍵生產(chǎn)技術(shù)手段。因此，如何確定合理的回采速度是當(dāng)前沖擊地壓礦井面臨的一個(gè)主要問(wèn)題。本文以崔木煤礦22302工作面為工程實(shí)例，利用微震監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，對(duì)不同回采速度下工作面微震事件的發(fā)生規(guī)律進(jìn)行分析，進(jìn)而確定推進(jìn)度的安全范圍。

1 工作面概況

崔木煤礦礦井設(shè)計(jì)生產(chǎn)能力為4.00Mt/a，礦井服務(wù)年限60.0a。采用綜采放頂煤走向長(zhǎng)壁后退式開(kāi)采，全部垮落法管理頂板。礦井主采3號(hào)煤層，由重慶煤科院出具的22盤區(qū)煤層沖擊傾向性參數(shù)測(cè)試鑒定報(bào)告表明該煤層具有沖擊傾向性。

22302工作面位于崔木礦22盤區(qū)，為22盤區(qū)首采工作面。工作面走向長(zhǎng)約404m(切眼至設(shè)計(jì)停采線距離)，傾向長(zhǎng)160m，埋藏深度650m，工作面回采范圍內(nèi)全煤厚為6.6～18.6m，平均可回采厚度約11m(不含底煤厚度)。直接頂板多為灰色-灰白色粉砂巖、細(xì)中粒砂巖，平均厚度約10.3m；基本頂多為灰白色粉粗砂巖-粉中砂巖，厚度3.7～22.6m。底板為灰-深灰色泥巖、灰褐色含鋁質(zhì)泥巖或含鋁質(zhì)粉～細(xì)砂巖，厚度3.6～4.3m。根據(jù)當(dāng)前的微震臺(tái)網(wǎng)布置，在22302工作面附近，主要有11號(hào)、10號(hào)、5號(hào)和9號(hào)微震探頭，能夠滿足22302工作面回采期間的監(jiān)測(cè)要求。工作面布置與微震監(jiān)測(cè)如圖1所示。

圖1 22302微震探測(cè)布置方案

2 工作面推進(jìn)度變化情況

根據(jù)22302工作面每天的進(jìn)刀數(shù)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)，將22302工作面整個(gè)開(kāi)采期間按照推進(jìn)度的變化可大致分成4個(gè)階段：第一階段為低推進(jìn)速度階段，主要從7月23日至8月16日，期間為22302工作面的初采階段，推進(jìn)度均在4m以下，大部分時(shí)間不超過(guò)3m/d；第二階段為推進(jìn)速度變化階段，時(shí)間從8月17日至9月4日，期間22302工作面回采速度最高達(dá)8.8m/d，最低2.4m/d，工作面推進(jìn)度變化明顯，上下波動(dòng)較大；第三階段為推進(jìn)度穩(wěn)定階段，時(shí)間從9月5日至10月9日，該階段除了9月23日至9月26日為停產(chǎn)期間，其他時(shí)間均保持6.4m/d的回采速度，近乎勻速推進(jìn)；第四階段為工作面末采期間，主要從10月10日至回采結(jié)束，受工作面收作影響，回采速度出現(xiàn)明顯變化。

22302工作面自7月23日開(kāi)始回采至10月17日結(jié)束，在此期間微震系統(tǒng)監(jiān)測(cè)到的有效微震事件共計(jì)5894個(gè)，其中104J以上能量事件共計(jì)455次，105J以上的大能量事件共計(jì)12次。22302工作面在回采過(guò)程中，105J以上的能量事件對(duì)巷道圍巖的破壞最為明顯，主要表現(xiàn)為頂板整體下沉、底板瞬間底鼓，時(shí)而伴有錨桿錨索崩斷、膠帶機(jī)移位等情況出現(xiàn)。其中能量104J以上微震事件的分布如圖2所示。

圖2 微震事件分布

22302工作面開(kāi)始回采后，微震事件在工作面范圍內(nèi)發(fā)生頻繁，從平面分布情況來(lái)看，微震事件分布位置除了隨工作面的推進(jìn)而向前移動(dòng)外，在風(fēng)巷2F5測(cè)點(diǎn)到2F7測(cè)點(diǎn)之間出現(xiàn)了明顯的微震事件集中現(xiàn)象。由于微震事件主要來(lái)自煤巖體在破裂過(guò)程中產(chǎn)生的能量釋放，因此，對(duì)于微震事件的集中區(qū)域說(shuō)明該位置煤巖體所承載的應(yīng)力遠(yuǎn)高于其他地方，煤巖體受壓破壞情況也較其他地方嚴(yán)重[6]。由此，根據(jù)微震事件的分布規(guī)律，可以對(duì)22302回采過(guò)程中的高應(yīng)力區(qū)域進(jìn)行判斷，從而使得卸壓工作更具有針對(duì)性。

3 微震活動(dòng)與回采速度的影響關(guān)系

根據(jù)微震監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)，在對(duì)微震事件與回采速度的影響規(guī)律研究中，將對(duì)其在不同階段的分布情況進(jìn)行分析。本文將工作面回采速度與微震事件的頻次和能量分布繪制成曲線，如圖3所示。根據(jù)推進(jìn)度的變化情況，針對(duì)各個(gè)階段進(jìn)行分析。

圖3 微震能量、頻次與推進(jìn)度關(guān)系曲線

(1)低推進(jìn)度階段 從圖3可知，在工作面初采階段，工作面推進(jìn)度較低，微震事件主要表現(xiàn)為：微震事件的發(fā)生頻次較低，每天的微震事件個(gè)數(shù)在30個(gè)以下；微震的發(fā)生能量處于較低的水平，但能量隨著回采距離的增加在逐漸增大；初采期間發(fā)生2次105J以上的大能量事件，主要原因?yàn)槌醪善茐牧嗽瓉?lái)的平衡狀態(tài)并造成頂板的初次垮斷。

(2)推進(jìn)度變化階段 22302工作面推進(jìn)度變化較大，微震規(guī)律主要體現(xiàn)在3個(gè)方面：一是微震發(fā)生頻次上表現(xiàn)為與推進(jìn)度的正相關(guān)性，即推進(jìn)度越大，頻次越高；二是微震能量與推進(jìn)度的正相關(guān)性較差，但受推進(jìn)度的變化影響明顯，在推進(jìn)度忽然變化時(shí)，微震能量都有較為明顯地增加；三在推進(jìn)度明顯變化階段，大能量的微震事件發(fā)生頻繁，期間能量在105J以上的微震事件發(fā)生了6次，占到了整個(gè)監(jiān)測(cè)期間的60%。

(3)勻速推進(jìn)階段 推進(jìn)速度基本保持在每天8刀的狀態(tài)，此時(shí)微震的頻次及能量變化受推進(jìn)度的影響較小。從微震的頻次及能量曲線上來(lái)看，該階段的微震變化呈現(xiàn)一定的周期性，尤其是頻次曲線的變化，其周期變化規(guī)律較為明顯。在工作面勻速推進(jìn)期間，未發(fā)生一起大能量的微震事件，采場(chǎng)圍巖能量均得到了均勻釋放。

(4)末采階段 22302末采期間從10月11日開(kāi)始不再放煤，回采速度突然增加，在接近停采線時(shí)，受鋪網(wǎng)影響回采速度又迅速降低。在該階段，微震能量出現(xiàn)了2次峰值，一次是在回采速度突然增加時(shí)，另一次是回采速度迅速降低后，此現(xiàn)象仍受回采速度變化影響。在末采階段受工作面回采速度劇烈變化的影響，先后發(fā)生了2次大能量事件，一次位于采空區(qū)，另一次位于停采線附近。

通過(guò)上述4個(gè)階段微震事件頻次及能量變化情況，可看出微震事件受回采速度的影響較明顯。

(1)微震頻次與回采速度呈明顯的正相關(guān)性，即回采速度越快，微震發(fā)生頻次越多，回采速度越小，微震頻次越低。

(2)微震能量的變化與頻次不同，它與回采速度關(guān)聯(lián)性不明顯，但與回采速度的變化關(guān)系更為密切，尤其是當(dāng)回采速度變化劇烈時(shí)，即突然增大時(shí)，微震能量會(huì)出現(xiàn)明顯的增加。

(3)當(dāng)回采速度出現(xiàn)劇烈變化時(shí)，即回采速度忽快忽慢時(shí)，更易導(dǎo)致大能量的微震事件發(fā)生，增加誘發(fā)沖擊地壓的危險(xiǎn)。

(4)當(dāng)回采速度變化較小或保持不變時(shí)，微震事件會(huì)呈現(xiàn)一定的周期性變化，而且每個(gè)周期微震事件的發(fā)生頻次和能量基本保持穩(wěn)定，同時(shí)大能量微震事件的發(fā)生也顯著減少。

4 結(jié) 論

通過(guò)不同推進(jìn)度的4個(gè)階段的微震事件，尤其是大能量事件的分析，可以發(fā)現(xiàn)，與推進(jìn)度的快慢相比，推進(jìn)度的變化對(duì)沖擊地壓的影響更為直接。22302在保持6.4m/d推進(jìn)度快速推進(jìn)時(shí)，能量能夠穩(wěn)定釋放，未發(fā)生造成沖擊的大能量事件；而當(dāng)推進(jìn)度劇烈變化時(shí)，甚至推進(jìn)度低于6.4m/d時(shí)，反而造成震動(dòng)的大能量事件反復(fù)多次發(fā)生。因此，針對(duì)崔木煤礦當(dāng)前條件，工作面保持6.4m/d的推進(jìn)速度對(duì)沖擊地壓的影響有限，但必須保持勻速推進(jìn)，切忌出現(xiàn)忽快忽慢，劇烈波動(dòng)。

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[責(zé)任編輯：潘俊鋒]

Mining Speed of Extra Thick Impact Coal Seam and Micro-seismic Movement Law

WANG Hong-wei1，ZONG Feng1，LI Gen1，YUAN Zhong-bang1，QIN Zi-han2

(1.Shaanxi Yonglong Energy Development Construction Co.，Ltd.，Baoji 721000，China； 2.Coal Mining & Designing Department，Tiandi Science & Technology Co.，Ltd.，Beijing 100013，China)

In order to determine rational mining speed of working face and decrease rock burst occurrence probability，to the strong dynamic pressure appeared during mining process of 22302 working face in Cuimu coal mine，then the relation between micro-seismic incident in different advanced step of working face and mining speed was analyzed.The results showed that micro-seismic incidents frequency was influenced by mining speed immediately，mining speed variation was an obviously factor to micro-seismic energy relaxed，and some large energy micro-seismic incidents almost appeared the period of mining speed variation violently，the rock burst possibility would be improved.

extra thick impact coal seam；mining speed；micro-seismic incident；advanced with constant speed

2016-06-03

10.13532/j.cnki.cn11-3677/td.2016.06.021

國(guó)家自然科學(xué)基金資助項(xiàng)目(51574149)；天地科技股份有限公司開(kāi)采設(shè)計(jì)事業(yè)部科技創(chuàng)新基金資助項(xiàng)目(KJ-2015-TDKC-11)

汪宏偉(1974-)，男，安徽歙縣人，工程師，現(xiàn)任崔木煤礦總工程師，主要從事煤礦技術(shù)管理工作。

汪宏偉，縱 峰，李 根，等.特厚沖擊煤層回采速度與微震活動(dòng)規(guī)律研究[J].煤礦開(kāi)采，2016，21(6)：74-76.

TD324

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1006-6225(2016)06-0074-03