基于ARAMIS M/E監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的新河礦微震活動(dòng)特征研究

李 巖，魏煥偉，武海濱，王 健

(1.天地科技股份有限公司 開(kāi)采設(shè)計(jì)事業(yè)部，北京100013；2.內(nèi)蒙古黃陶勒蓋煤炭有限責(zé)任公司 巴彥高勒煤礦，內(nèi)蒙古 鄂爾多斯 017300；3.山東能源肥城礦業(yè)集團(tuán)有限責(zé)任公司 白莊煤礦，山東 肥城 271613)

基于ARAMIS M/E監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的新河礦微震活動(dòng)特征研究

李 巖1，魏煥偉2，武海濱3，王 健3

(1.天地科技股份有限公司 開(kāi)采設(shè)計(jì)事業(yè)部，北京100013；2.內(nèi)蒙古黃陶勒蓋煤炭有限責(zé)任公司 巴彥高勒煤礦，內(nèi)蒙古 鄂爾多斯 017300；3.山東能源肥城礦業(yè)集團(tuán)有限責(zé)任公司 白莊煤礦，山東 肥城 271613)

通過(guò)采用微震監(jiān)測(cè)系統(tǒng)對(duì)新河煤礦530采區(qū)煤巖活動(dòng)情況進(jìn)行監(jiān)測(cè)，研究了地質(zhì)構(gòu)造、頂板破裂高度、工作面推進(jìn)速度及爆破與微震活動(dòng)的關(guān)系，研究結(jié)果表明：新河煤礦微震事件多集中于斷層、褶曲軸部，微震活動(dòng)受地質(zhì)構(gòu)造影響較大；在“見(jiàn)方”位置頂板破裂高度達(dá)到90m，在褶曲軸部，頂板破裂高度達(dá)到110m；工作面推進(jìn)速度超過(guò)4m/d后，微震活動(dòng)與推進(jìn)速度呈明顯的正相關(guān)性；在爆破作業(yè)后微震活動(dòng)有明顯變化，微震監(jiān)測(cè)能夠作為一種爆破卸壓效果檢驗(yàn)的手段。

微震；地質(zhì)構(gòu)造；推進(jìn)速度；爆破卸壓

1 礦井概況

新河煤礦開(kāi)采深度達(dá)到1km，煤層經(jīng)鑒定具有強(qiáng)沖擊傾向性。礦井具備了發(fā)生沖擊地壓的條件，開(kāi)采過(guò)程中已經(jīng)出現(xiàn)了明顯的動(dòng)力顯現(xiàn)。隨著開(kāi)采深度的增加，特別是巷道掘進(jìn)工作面在地質(zhì)構(gòu)造復(fù)雜地段施工過(guò)程中，“煤炮”、“震動(dòng)”等動(dòng)力現(xiàn)象日趨頻繁，為了加強(qiáng)對(duì)沖擊地壓的監(jiān)測(cè)和預(yù)警，新河煤礦于2015年引入了ARAMIS M/E微震監(jiān)測(cè)系統(tǒng)。礦井目前回采的工作面為5301工作面，掘進(jìn)工作面為5302工作面的運(yùn)輸巷和回風(fēng)巷。

2 微震統(tǒng)計(jì)分析

自2015年10月1日至12月18日共監(jiān)測(cè)到微震事件1741個(gè)，其中新河礦井范圍內(nèi)有1598個(gè)微震事件，唐口煤礦井田范圍內(nèi)有143個(gè)微震事件；本文僅選取新河礦范圍內(nèi)的數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，微震事件統(tǒng)計(jì)表見(jiàn)表1。

表1 微震事件統(tǒng)計(jì)

由表1可見(jiàn)，其中5301工作面發(fā)生微震事件797次，占微震事件總數(shù)的50%；事件總能量為3.40×105J，占總能量的43%；5302工作面發(fā)生微震事件525次，占微震事件總數(shù)的33%，事件總能量為3.50×105J，占總能量的44%。以上數(shù)據(jù)表明，礦井范圍內(nèi)微震事件主要發(fā)生于5301和5302工作面，礦井范圍內(nèi)的微震事件的發(fā)生主要是受采掘活動(dòng)的影響；5301工作面微震事件多但總能量小，表明5301工作面微震事件主要以小能量微震事件為主，5302工作面微震事件平均能量高于5301工作面，引起以上差異的原因是向斜構(gòu)造與FF44斷層在5302工作面交匯，同時(shí)5302兩個(gè)巷道的掘進(jìn)工作面在交匯區(qū)域進(jìn)行掘進(jìn)。統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)表明：530采區(qū)地質(zhì)構(gòu)造對(duì)微震事件的影響較大，若在地質(zhì)構(gòu)造區(qū)域進(jìn)行掘進(jìn)和回采作業(yè)時(shí)極易引發(fā)大能量微震事件，增加沖擊危險(xiǎn)性。

3 微震與地質(zhì)構(gòu)造關(guān)系

因微震事件較多，為方便分析，僅選取103J的微震事件進(jìn)行平面分布分析。圖1為103J以上微震事件平面分布，圖中圓點(diǎn)為103J～104J能量區(qū)間的微震事件(簡(jiǎn)稱(chēng)為103J 事件)，六角星為104J～105J能量區(qū)間的微震事件(簡(jiǎn)稱(chēng)為104J事件)。由圖1可見(jiàn)，微震事件在圖中有3個(gè)集中區(qū)域。

區(qū)域1：該區(qū)域微震事件沿?cái)鄬佑忻黠@的線(xiàn)性分布，同時(shí)微震的線(xiàn)性分布處于工作面一次見(jiàn)方位置。區(qū)域2：該區(qū)域內(nèi)微震事件沿向斜軸部分布，且在該區(qū)域內(nèi)存在3個(gè)104J事件，104J事件在該區(qū)域內(nèi)分布于斷層附近。區(qū)域3：該區(qū)域內(nèi)微震事件集中處于向斜軸部與FF44交匯處。礦井范圍內(nèi)的微震事件均分布在FF37-38斷層右側(cè)，并且沿著FF37-38斷層有線(xiàn)性分布的微震事件，表明該斷層對(duì)因采掘活動(dòng)引起的煤巖體運(yùn)動(dòng)具有一定的阻隔作用，其受采掘活動(dòng)影響也存在一定的活化。

圖1 103J以上事件分布

由以上3個(gè)微震事件密集區(qū)可見(jiàn)，礦井目前微震事件的集中受褶曲與斷層等構(gòu)造的影響較大，在回采工作面和掘進(jìn)工作面靠近和經(jīng)過(guò)褶曲軸部和斷層時(shí)，尤其是經(jīng)過(guò)二者疊加區(qū)域時(shí)會(huì)引起大能量微震事件的發(fā)生，沖擊危險(xiǎn)性會(huì)顯著增加。

4 微震與爆破活動(dòng)關(guān)系

圖2為5301工作面11月28日至12月18日共21d的微震事件能量-頻次變化圖。該工作面12月7日開(kāi)始在工作面前方10m處進(jìn)行頂板爆破預(yù)裂工作。由圖2可見(jiàn)，爆破后的12月8日微震事件增多，但當(dāng)日總能量處于較低水平，表明預(yù)裂爆破后降低了微震事件能量水平，使煤巖體內(nèi)微破裂更加發(fā)育。后期隨工作面逐步靠近預(yù)裂爆破位置，微震事件的能量和頻次均呈現(xiàn)明顯下降趨勢(shì)，表明12月7日的預(yù)裂爆破卸壓效果明顯。微震事件能量和頻次分別在12月13日和14日達(dá)到最低值，自12月7日至12月14日工作面共推進(jìn)26.4m，此時(shí)工作面推過(guò)爆破位置16.4m；綜上可知，此次預(yù)裂爆破的解危范圍約為爆破位置前后15m。

圖2 微震能量-頻次

5 微震與頂板破裂高度關(guān)系

經(jīng)統(tǒng)計(jì)5301工作面頂板微震事件有256個(gè)，其中能量大于103J的事件有16個(gè)；煤層微震事件有48個(gè)，其中能量大于103J的事件有10個(gè)，底板微震事件有120個(gè)，其中能量大于103J的事件有7個(gè)。頂板微震事件、煤層微震事件和底板微震事件數(shù)分別占總事件數(shù)的60.4%，11.3%，28.3%，可見(jiàn)5301工作面微震事件主要以頂板微震事件為主，微震事件的產(chǎn)生主要是頂板的斷裂。

圖3為5301工作面微震事件走向剖面圖。微震事件在圖中有4個(gè)集中區(qū)。區(qū)域A位于工作面切眼前方40～50m范圍，為工作面初次來(lái)壓位置，12月7日在該區(qū)域進(jìn)行頂板預(yù)裂爆破。該區(qū)域內(nèi)103J微震事件集中，且都處于頂板與煤層中，表明該區(qū)域頂板破斷現(xiàn)象明顯。區(qū)域B位于工作面前方60～70m范圍，即工作面“一次見(jiàn)方”處。區(qū)域C位于工作面前方120～140m范圍，即工作面“二次見(jiàn)方”處。區(qū)域D位于工作面前方270～320m范圍；與圖1對(duì)比可見(jiàn)，該區(qū)域?yàn)橄蛐陛S部。

圖3 5301工作面微震事件走向剖面

區(qū)域B和區(qū)域C均為工作面見(jiàn)方位置，兩處微震事件分布規(guī)律類(lèi)似，見(jiàn)方位置煤層頂板以上90m處的巖層出現(xiàn)破斷；由于區(qū)域B臨近預(yù)裂爆破位置，并且區(qū)域B處有一斷層，致使該處煤巖體裂隙發(fā)育，因此區(qū)域B所在位置103J微震事件較少，且分布位置較低，均處于煤層或底板中；而區(qū)域C處因煤巖體相對(duì)完整，103J微震事件位置相對(duì)較高，位于煤層頂板以上30m處。

區(qū)域D因受向斜影響，與區(qū)域B和區(qū)域C微震分布有所不同。該處微震事件分布走向長(zhǎng)度約達(dá)到50m，微震事件最高位于煤層頂板以上110m處，微震事件分布的高度和寬度均大于“見(jiàn)方”時(shí)微震的分布范圍，表明5301工作面內(nèi)向斜等構(gòu)造對(duì)沖擊地壓的影響大于“見(jiàn)方”的影響。

6 微震與工作面推進(jìn)度關(guān)系

圖4為5301工作面微震事件頻次和能量與工作面推進(jìn)速度關(guān)系圖。工作面推進(jìn)度處于4m/d以下時(shí)，微震事件頻次和能量與推進(jìn)度相關(guān)性較差，當(dāng)推進(jìn)速度高于4m/d時(shí)，微震事件頻次和能量隨推進(jìn)速度的增加而增加，表明當(dāng)推進(jìn)速度低于4m/d時(shí)，5301工作面的微震事件受推進(jìn)速度影響較小，推采速度對(duì)沖擊危險(xiǎn)性影響較?。划?dāng)推進(jìn)速度高于4m/d時(shí)，工作面微震事件受推進(jìn)速度影響較大，此時(shí)推進(jìn)速度的變化將會(huì)成為影響工作面沖擊地壓的主導(dǎo)因素之一。

7 結(jié) 論

(1)5301和5302工作面微震事件分布主要受褶曲和斷層的影響，在向斜軸部與斷層交匯處更加明顯。5301工作面范圍內(nèi)向斜等構(gòu)造對(duì)沖擊地壓的影響高于“見(jiàn)方”對(duì)沖擊地壓的影響。在5301和5302工作面回采至向斜軸部或斷層處時(shí)應(yīng)關(guān)注微震事件數(shù)量和能量變化，重點(diǎn)加強(qiáng)防沖管理。

圖4 工作面微震事件頻次和能量與推進(jìn)速度關(guān)系

(2)微震活動(dòng)表明，5301工作面在“見(jiàn)方”位置頂板破裂高度達(dá)到90m，而在褶曲軸部，頂板破裂高度可達(dá)到110m。

(3)微震監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)表明，5301工作面預(yù)裂爆破卸壓效果良好，卸壓范圍約為爆破位置前后15m范圍內(nèi)。

(4)5301工作面推采速度低于4m/d時(shí)，推進(jìn)度對(duì)沖擊的發(fā)生影響較小，推進(jìn)速度不是沖擊發(fā)生的主導(dǎo)因素；推采速度高于4m/d時(shí)，微震與推進(jìn)速度呈明顯的正相關(guān)，此時(shí)，推采速度將成為沖擊地壓發(fā)生的主導(dǎo)因素之一。

[1]潘俊鋒，毛德兵，等.沖擊地壓?jiǎn)?dòng)理論與成套技術(shù)[M].徐州：中國(guó)礦業(yè)大學(xué)出版社，2016.

[2]齊慶新，竇林名.沖擊地壓理論與研究[M].徐州：中國(guó)礦業(yè)大學(xué)出版社，2008.

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

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[責(zé)任編輯：潘俊鋒]

StudyofMicroseismicFeaturesofXinheCoalMineBasedOnARAMISM/EMonitoringSystem

LI Yan1，WEI Huan-wei2，WU Hai-bin3，WANG Jian3

(1.Coal Mining & Designing Department，Tiandi Science & Technology Co.，Ltd.，Beijing 100013，China；2.Bayangaole Coal Mine，Inner Mongolia Huangtaolegai Coal Co.，Ltd.，Ordos 017300，China；3.Shandong Feicheng Mine Industry Group Co.，Ltd.，F(xiàn)eicheng 271613，China)

Coal and rock movement of 530 mining area of Xinhe coal mine was monitored by microseismic system，then the relationship between geological structure，broken height of roof，advance speed of working face，blasting and microseismic movement were studied，the results showed that most of microseismic incidents appeared in fault，axial position of fold and microseismic movement was influenced more by geological structure，the broken height of roof reached 90m in ‘ jianfang’ position，and it reached about 110m in fold axial position，when advance speed of working face exceeded 4m/d，obviously positive correlation property appeared between microseismic and advance speed，microseismic movement was different after blasting，microseismic monitoring was an effectively method for unloading by blasting.

microseismic；geological structure；advance speed；unloading by blasting

TD324

A

1006-6225(2017)05-0078-03

2017-04-27

10.13532/j.cnki.cn11-3677/td.2017.05.020

“十三五”國(guó)家重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃項(xiàng)目(2016YFC0600708)

李 巖(1988-)，男，河南濟(jì)源人，碩士，助理研究員，主要從事微震監(jiān)測(cè)技術(shù)研究工作。

李 巖，魏煥偉，武海濱，等.基于ARAMIS M/E監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的新河礦微震活動(dòng)特征研究[J].煤礦開(kāi)采，2017，22(5)：78-80.