巨厚“紅層”影響下63上05強(qiáng)礦震活動(dòng)規(guī)律

韓飛 石昌玉 張?bào)w蒙

摘 要：通過多角度對(duì)63上05工作面強(qiáng)礦震事件分析，找出了該工作面強(qiáng)礦震產(chǎn)生的原因：巨厚“紅層”運(yùn)動(dòng)，并從礦山壓力與巖層控制的角度，提出了相應(yīng)的工作面強(qiáng)礦震防治措施，確保了工作面安全生產(chǎn)。

關(guān)鍵詞：強(qiáng)礦震；礦山壓力與巖層控制；防治措施

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2018.08.197

0 引言

在煤層開采過程中，其上覆堅(jiān)硬巖層一旦破斷運(yùn)動(dòng)，將產(chǎn)生強(qiáng)烈的運(yùn)動(dòng)，從而引發(fā)強(qiáng)烈的沖擊現(xiàn)象[1]。由于硬厚巖層強(qiáng)度高、厚度大，破斷運(yùn)動(dòng)方式已由傳統(tǒng)的單工作面運(yùn)動(dòng)轉(zhuǎn)變?yōu)槎喙ぷ髅媛?lián)合運(yùn)動(dòng)，易誘發(fā)礦山動(dòng)力災(zāi)害，嚴(yán)重威脅煤礦安全生產(chǎn)。本文以63上05工作面為例，分析了巨厚“紅層”影響下工作面強(qiáng)礦震活動(dòng)規(guī)律并根據(jù)強(qiáng)礦震活動(dòng)特征，提出了相應(yīng)的防治措施，取得了很好的效果，可為類似條件下工作面安全生產(chǎn)提供參考。

1 工作面概況

63上05工作面北鄰63上04采空區(qū)，南鄰63上06工作面（未開采）。工作面的兩順槽相互平行，北側(cè)的順槽作為軌順，南側(cè)的順槽作為運(yùn)順，切眼運(yùn)順側(cè)相對(duì)軌順側(cè)向西調(diào)斜15m，工作面設(shè)計(jì)軌順長1563.5m，運(yùn)順長1579.5 m，平均走向長1571.5m，傾斜寬252.96m。工作面標(biāo)高未-632.1m～-676.5m，平均-658.4m。煤層厚度4.30m～5.50m，平均5.06m，煤層普氏硬度f=2～3。

根據(jù)對(duì)63上05工作面附近補(bǔ)37、170、6D1、170四個(gè)鉆孔資料進(jìn)行分析，3上煤層上方賦存有巨厚的“紅層”，紅層厚度由西南向東北方向逐漸變厚，紅層厚度235～536m。“紅層”距3上煤層的間距不等，在工作面開切眼附近運(yùn)順側(cè)煤層距“紅層”約30m-40m，沿工作面回采方向煤層距“紅層”的間距逐漸增大。

掘進(jìn)時(shí)，63上05工作面兩順槽采用錨網(wǎng)帶、錨索聯(lián)合支護(hù)?；夭善陂g，63上05運(yùn)順采用2組ZT44800/25/45型順槽支架配合單體支護(hù)頂板，支護(hù)距離不低于60m；軌順采用5組ZT115200/25/45型順槽支架配合單體支護(hù)頂板，支護(hù)距離不低于120m。

2 高能量礦震事件分析

（1）高能量礦震事件頻次分析。自工作面生產(chǎn)開始，63上05工作面及其周圍共監(jiān)測到有效震動(dòng)2480次，其中能量低于1×104J的礦震次數(shù)2155次，占震動(dòng)總次數(shù)的86.90%；能量大于1×104J小于1×105J的震動(dòng)事件223次，占震動(dòng)總次數(shù)的8.99%；能量大于1×105J的礦震102次，占震動(dòng)總次數(shù)的4.11%。

（2）高能量礦震事件位置分析。利用微震監(jiān)測三維空間定位功能，采集震級(jí)2.0級(jí)以上的微震事件Z的坐標(biāo)值，并繪制成圖，如圖2.1所示。

從圖2.1可以看出，高能量礦震事件，基本上發(fā)生在-500～-600標(biāo)高范圍內(nèi)，而此范圍的巖層恰好為3上煤層上方的“紅層”。將圖2.1中曲線進(jìn)行線性回歸，可以發(fā)現(xiàn)，回歸方程成線性正相關(guān)關(guān)系。隨著工作面的推進(jìn)，高能量礦震事件向煤層上方深部轉(zhuǎn)移，而63上05工作面沿回采方向距“紅層”的間距逐漸增大，因此，高能量礦震事件發(fā)生在“紅層”。

（3）經(jīng)驗(yàn)類比分析。根據(jù)對(duì)43上13、63上04工作面回采期間高能量礦震事件總結(jié)，工作面回采距“紅層”的距離由小變大時(shí)，大級(jí)別礦震事件發(fā)生增多。而63上05工作面沿回采方向，距紅層間距正處于由小變大區(qū)段，此種情況下也易發(fā)生大級(jí)別礦震事件。

同時(shí)，從“SOS”微震監(jiān)測系統(tǒng)近幾年監(jiān)測情況來看，兗州礦區(qū)賦存此種地質(zhì)條件的鮑店煤礦十采區(qū)和南屯煤礦九采區(qū)安排采掘活動(dòng)時(shí)，大礦震事件也是頻繁發(fā)生。進(jìn)一步說明了，煤層上方巨厚“紅層”運(yùn)動(dòng)，是引發(fā)高能量礦震事件的根源。

（4）高能量礦震事件與“紅層”運(yùn)動(dòng)關(guān)系分析。依據(jù)巖梁的經(jīng)典運(yùn)動(dòng)步距計(jì)算理論，“紅層”砂巖的極限破斷跨距[1]：

式中：h為“紅層”的厚度，取235m；為“紅層”砂巖抗拉強(qiáng)度，取9 MPa；為上覆載荷，取7.86MPa?？梢?3上04工作面回采過程中，由于工作面長度遠(yuǎn)小于巖梁的極限跨距，此時(shí)“紅層”砂巖不會(huì)發(fā)生破斷運(yùn)動(dòng)。因此，當(dāng)63上05工作面回采時(shí)，63上05工作面采空區(qū)與63上04采空區(qū)相貫通，此時(shí)“紅層”砂巖懸露跨度將逐漸超過其極限破斷跨距。當(dāng)工作面推進(jìn)到采空區(qū)形成見方區(qū)域時(shí)，“紅層”砂巖穩(wěn)定性會(huì)顯著減弱，“紅層”易破斷失穩(wěn)，因此，63上05工作面高能量礦震事件“見方”效應(yīng)明顯。

3 強(qiáng)礦震防治措施

由第2節(jié)分析可知，高能量礦震事件發(fā)生在巨厚“紅層”位置且在63上05工作面見方區(qū)域集中，因此，巨厚“紅層”運(yùn)動(dòng)情況影響著63上05工作面高能量礦震事件的產(chǎn)生。從礦山壓力與巖層控制的角度，采取以下措施對(duì)63上05工作面強(qiáng)礦震進(jìn)行防治，以確保工作面安全生產(chǎn)。

（1）63上05與63上04工作面采空區(qū)連通后，高位巖層將繼續(xù)向地表方向破裂，。由關(guān)鍵層理論可知，關(guān)鍵層的破斷將導(dǎo)致全部或局部上覆巖層的同步破斷，更易引起強(qiáng)烈礦震。因此，需加強(qiáng)工作面回采期間礦震監(jiān)測，及時(shí)對(duì)監(jiān)測數(shù)據(jù)進(jìn)行分析預(yù)測預(yù)報(bào)，及時(shí)分析礦震發(fā)生規(guī)律，以指導(dǎo)工作面安全生產(chǎn)。

另一方面，需加強(qiáng)工作面前方巷道支護(hù)質(zhì)量，保持巷道圍巖穩(wěn)定，嚴(yán)格落實(shí)超前支護(hù)長度，運(yùn)順不少于60m，軌順不少于120m。

（2）工作面快速推進(jìn)或不均勻推進(jìn)將導(dǎo)致巖層應(yīng)力來不及釋放而積聚，從而引起礦震乃至沖擊，因此，63上05工作面正?；夭善陂g，最大開采速度不大于6m/d且盡可能勻速開采。

4 結(jié)論

針對(duì)63上05工作面強(qiáng)礦震活動(dòng)特征，下一步將繼續(xù)加強(qiáng)對(duì)工作面回采期間的礦震監(jiān)測治理工作，嚴(yán)格落實(shí)措施，確保工作面安全生產(chǎn)。

參考文獻(xiàn)：

[1]趙科，張開智，王樹立.巨厚覆巖破斷運(yùn)動(dòng)與礦震活動(dòng)規(guī)律研究[J].煤炭科學(xué)技術(shù)，2016，44（02）：118-122.