深井特厚煤層綜放工作面旋轉(zhuǎn)調(diào)采期間微震活動規(guī)律研究

王元杰，劉金亮，陳法兵

(1.天地科技股份有限公司 開采設計事業(yè)部，北京 100013；2.煤炭科學研究總院 開采研究分院，北京 100013；3.新汶礦業(yè)集團有限責任公司 華豐煤礦，山東 泰安 271413)

深井特厚煤層綜放工作面旋轉(zhuǎn)調(diào)采期間微震活動規(guī)律研究

王元杰1，2，劉金亮3，陳法兵1，2

(1.天地科技股份有限公司 開采設計事業(yè)部，北京 100013；2.煤炭科學研究總院 開采研究分院，北京 100013；3.新汶礦業(yè)集團有限責任公司 華豐煤礦，山東 泰安 271413)

新巨龍礦井1303N綜放工作面為旋轉(zhuǎn)調(diào)采工作面，采用ARAMIS 微震監(jiān)測系統(tǒng)對工作面推采期間的煤巖活動進行監(jiān)測。通過對監(jiān)測數(shù)據(jù)的分析得出了1303N工作面微震事件分布規(guī)律，研究表明工作面旋采期間能量釋放較強烈，沖擊地壓危險性增大，旋采期間事件多集中在工作面旋轉(zhuǎn)調(diào)采的內(nèi)側(cè)，工作面微震事件主要以頂板事件為主，頂板破裂高度在100m左右，底板破裂深度在40m左右。

深井特厚煤層；旋轉(zhuǎn)調(diào)采；微震監(jiān)測；沖擊地壓

受煤層地質(zhì)條件和煤層走向方位的影響[1]，綜放開采工作面通常設計成旋轉(zhuǎn)開采工作面。采用旋轉(zhuǎn)調(diào)采工作面布置，可以有效地減少資源浪費，降低安裝搬家工作量[2]，節(jié)約人工材料成本，能夠極大地提高資源回收率和礦井的效益[3]。新巨龍公司一采區(qū)1303N工作面布置為旋轉(zhuǎn)開采工作面，為研究工作面回采期間尤其是旋轉(zhuǎn)調(diào)采期間頂板的活動規(guī)律，提高頂板的管理水平，以及沖擊地壓的防治水平[4]，保障工作面旋轉(zhuǎn)調(diào)采期間的安全，從波蘭引進了支持全礦井范圍內(nèi)煤巖體破裂監(jiān)測的ARAMIS 微震監(jiān)測系統(tǒng)[5]，用于監(jiān)測全礦井范圍內(nèi)的微震事件[6]。

1 工作面概況

1303N綜放工作面為新巨龍礦井一采區(qū)第3個綜放工作面，位于-810m水平一采進風上山以北，東為已開采完的1302N工作面，西為一采區(qū)防水煤柱，南為煤層分叉變薄區(qū)域，北為北風井工業(yè)廣場保護煤柱。工作面走向長度1004m，傾斜長度264m，煤層厚度6～10m，平均8m，煤層傾角0～14°，平均6°，煤層堅固性系數(shù)1.59，煤層具有弱沖擊傾向性，頂板具有中等沖擊傾向性。工作面設計采高4.0m，采用走向長壁后退式綜采放頂煤一次采全厚采煤法[7]，全部垮落法管理頂板。

2 工作面微震監(jiān)測情況及分析

2.1 能量和頻率與周期來壓變化規(guī)律

1303N工作面在2014年10月份處于旋轉(zhuǎn)調(diào)采期間，選取2014年9月份至12月份期間的微震事件進行統(tǒng)計分析， ARAMIS 微震監(jiān)測系統(tǒng)共監(jiān)測到微震事件845個，事件能量總計為6.26×106J，平均能量為7411J，其中單日最大事件個數(shù)為18，單日最大總能量為220912J，期間共推進522.9m，每米釋放能量為11977J。

圖1為1303N工作面微震事件能量、頻次與工作面周期來壓的統(tǒng)計曲線。

圖1 1303N工作面頻次能量曲線

圖2為按月統(tǒng)計的能量和頻次變化曲線。由圖

可知，微震事件的發(fā)生具有明顯的周期性，每隔10～15d會出現(xiàn)一次微震事件的高發(fā)期，比周期來壓一般早1～2d，通過對微震活動性的分析，可以對工作面周期來壓進行預測。10月23至10月30日工作面處在旋轉(zhuǎn)調(diào)采期間，微震能量釋放較為強烈，并在10～28d達到最大值。圖1和圖2表明在工作面旋采期間，頂板壓力加大，煤體受壓破壞和頂板受剪切破壞的頻率增加，應加強工作面沖擊地壓的防治工作[8]。

圖2 每月能量頻次曲線

2.2 微震事件平面分布規(guī)律

圖3為微震事件平面投影圖。

由圖3可知，9月份微震事件主要集中于下巷采空區(qū)側(cè)。10月和11月份微震事件多發(fā)生在工作面旋轉(zhuǎn)調(diào)采內(nèi)側(cè)附近的三角區(qū)域。12月份微震事件主要集中于1303N工作面下巷采空區(qū)側(cè)。說明工作面正常推采期間，微震事件主要受采空區(qū)影響，事件多發(fā)生于工作面靠近采空區(qū)側(cè)，期間應加強下巷的沖擊地壓防治工作，工作面在旋轉(zhuǎn)調(diào)采期間，為達到工作面的旋轉(zhuǎn)效果，上巷有時停止推進，讓下巷保持推進，從而造成上巷的應力集中，事件多集中在工作面旋轉(zhuǎn)調(diào)采的內(nèi)側(cè)，因此應加強內(nèi)側(cè)區(qū)域的沖擊地壓防治。

2.3 微震事件剖面分布規(guī)律

圖4為工作面傾向的微震事件投影。如圖4可知微震事件主要以頂板事件為主，表明1303N工作面頂板覆巖運動過程中產(chǎn)生的震動為工作面主要危險源，沖擊地壓解危措施應以頂板卸壓為主。大部分震動事件都分布在距離煤層頂板100m的范圍內(nèi)，底板破裂深度在40m左右。

圖4 1303N工作面微震事件傾向投影

2.4 微震能量釋放與推進度關系

圖5為工作面每米推進度的能量釋放情況。工作面于10月21日至10月23日期間停采3d，造成能量的大量積聚，于10月24日能量集中釋放，每米推進度的能量釋放達到了最高值(139902J)，10月21日至10月23日期間積聚的能量到10月28日才釋放完畢。11月和12月期間推進度較為均勻，能量得到有序釋放。因此回采工作面勻速推進對防治沖擊地壓的發(fā)生是有利的，工作面開采期間推進速度突然變化等均有可能引發(fā)強烈震動[9]。

圖5 工作面每米推進平均釋放能量

圖6為1303N工作面不同推進度情況下的工作面微震事件能量釋放情況。由圖6可知，回采工作面的推進速度與礦山震動之間存在著明顯的關系，即工作面的推進速度越快，產(chǎn)生的礦山震動就越多。當推進度在4～5.6m之間時，能量釋放值在105J以下。當推進度小于3.6m時，大能量事件增多，工作面沖擊危險性升高。主要原因是工作面旋轉(zhuǎn)調(diào)采期間，下巷推采速度高于上巷，且旋采期間兩巷皆有停采現(xiàn)象，導致位于旋轉(zhuǎn)調(diào)采內(nèi)側(cè)的上巷應力集中，大能量微震事件增多。

圖6 工作面推進度與能量釋放的關系

3 結(jié) 論

(1)工作面旋采期間，頂板壓力加大，煤體受壓破壞和頂板受剪切破壞的頻率增加，表明該區(qū)段煤巖體活動劇烈，開采時應重點關注。

(2)工作面正常推采期間，微震事件主要受采空區(qū)影響，事件多發(fā)生于工作面靠近采空區(qū)側(cè)，工作面在旋轉(zhuǎn)調(diào)采期間，由于上巷的停采導致應力較為集中，上巷附近微震事件有明顯的增加，應加強上巷的沖擊地壓防治工作。

(3)微震事件具有明顯的周期性，每隔10～15d會出現(xiàn)一次微震事件的高發(fā)期，比周期來壓一般早1～2d。通過對微震活動性的分析，可以對工作面周期來壓進行預測。

(4)微震事件分布特征可以用于研究頂板運移規(guī)律，1303N工作面微震事件主要以頂板事件為主，大部分震動事件都分布在距離煤層頂板100m的范圍內(nèi)，底板破裂深度在40m左右。

(5)回采工作面勻速推進對防治沖擊地壓的發(fā)生是有利的，工作面開采期間推進速度突然變化等均有可能引發(fā)強烈震動。

[1]黃敬恩.復雜條件下不規(guī)則塊段綜采面調(diào)斜延長技術[J].煤礦開采，2014，19(4)：42-44.

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[責任編輯：潘俊鋒]

StudyofMicrosSeismicActivityRuleDuringFullyMechanizedWorkingFaceRotationMiningwithExtraThicknessCoalSeaminDeep

WANG Yuan-jie1,2，LIU Jin-liang3，CHEN Fa-bin1,2

(1.Coal Mining & Designing Department，Tiandi Science & Technology Co.，Ltd.，Beijing 100013，China；2.Mining Institute，China CoalResearch Institute，Beijing 100013，China；3.Huafeng Coal Mine，Xinwen Coal Mine Group Co.，Ltd.，Tai’an 271413，China)

The 1303N fully mechanized top coal caving working face of Xinjulong coal mine is rotation mining，then coal and rock mass movement during working face advancing was monitored by ARAMIS micro-seismic system.The distribution law of micro-seismic accidents of 1303N working face was put forward under monitoring data，the studying results showed that energy relaxed intensity during working face rotation mining，the rock burst increasing hazard was increasing，the accident almost appeared inside of rotation working face，the main working face micro-seismic accident was roof accident，and roof broken height was about 100m，roof broken depth was about 40m.

extra thickness coal seam in deep；rotation mining；micro-seismic monitoring；rock burst

TD324

A

1006-6225(2017)05-0089-03

2016-08-29

10.13532/j.cnki.cn11-3677/td.2017.05.023

國家重點研發(fā)計劃(2017YFC0804204)；國家自然科學基金項目(51574149)；天地科技開采生產(chǎn)力轉(zhuǎn)化基金(KJ-2015-TDKC-05)

王元杰(1983-)，男，山東泰安人，助理研究員，從事煤礦安全高效開采、沖擊地壓等方面的研究工作。

王元杰，劉金亮，陳法兵.深井特厚煤層綜放工作面旋轉(zhuǎn)調(diào)采期間微震活動規(guī)律研究[J].煤礦開采，2017，22(5)：89-91，70.