近直立煤層沖擊地壓前后地音演化規(guī)律研究

孔令宇

摘 要：為了解決近直立煤層沖擊地壓監(jiān)測(cè)預(yù)警的難題，以烏東煤礦近直立煤層為工程背景，研究+450水平B3+6綜放面歷次沖擊地壓前后地音事件能量和頻次的演化規(guī)律，識(shí)別沖擊地壓前兆信息。

關(guān)鍵詞：近直立煤層;沖擊地壓;地音;前兆信息

一、工作面地質(zhì)及開采條件

烏東煤礦位于八道灣向斜南翼，含煤地層是中侏羅統(tǒng)的西山窯組，呈北東～南西向帶狀展布。烏東煤礦南采區(qū)賦存有B1+2和B3+6煤層，兩煤層傾角在85°～90°，屬于典型的近直立煤層，兩煤層之間為厚度50～100 m的中間巖柱，如圖1所示。南采區(qū)最大水平主應(yīng)力方向總體上為西北-東南，最大主應(yīng)力約為自重應(yīng)力1.74-1.90倍，呈現(xiàn)出明顯的水平構(gòu)造應(yīng)力場(chǎng)特征。

（一）地音監(jiān)測(cè)系統(tǒng)及探頭布置

圖1a為11.24沖擊地壓和2.1沖擊地壓前的地音傳感器布置方案，9-1和9-2傳感器均布置在B6巷側(cè)的煤體上。圖2c為4.26沖擊地壓前的布置方案，9-4和9-6傳感器布置在頂板上，9-2和9-3傳感器布置在B6巷側(cè)的煤體上。

二、沖擊地壓前后地音演化規(guī)律

煤巖體內(nèi)部發(fā)生宏觀破裂，可能誘導(dǎo)煤巖內(nèi)部集中的應(yīng)力波瞬間釋放，造成沖擊顯現(xiàn)。煤巖體宏觀破裂之前有煤巖體內(nèi)部微觀裂隙的發(fā)展貫通[15]，微破裂大量出現(xiàn)的現(xiàn)象，這一現(xiàn)象使得地音信號(hào)大量產(chǎn)生。地音事件能量和脈沖次數(shù)的大小反應(yīng)了煤巖內(nèi)部微破裂強(qiáng)度的大小。地音事件的能量和脈沖次數(shù)作為反應(yīng)煤巖體內(nèi)部微破裂強(qiáng)度的參量，對(duì)于沖擊地壓前兆信息的研究具有重要意義。

基于烏東煤礦+450水平三次沖擊地壓事件，以五天為時(shí)間窗，研究沖擊地壓地音能量和脈沖次數(shù)演化規(guī)律。圖4和圖5分別為工作面歷次沖擊地壓地音能量和脈沖次數(shù)演化規(guī)律分析。

從地音事件能量趨勢(shì)來看，地音能量在沖擊地壓之前兩天先經(jīng)歷一個(gè)能量相對(duì)較低且波動(dòng)趨勢(shì)較小的過程，屬于地音事件活動(dòng)性的平靜期。在經(jīng)歷了一個(gè)地音事件平靜期后，在沖擊地壓發(fā)生當(dāng)日出現(xiàn)能量快速上升的趨勢(shì)，沖擊地壓發(fā)生時(shí)，地音能量達(dá)到一個(gè)高峰，地音事件活動(dòng)性的快速增強(qiáng)，預(yù)示著煤巖體內(nèi)部微破裂頻發(fā)，容易產(chǎn)生宏觀破裂誘導(dǎo)沖擊地壓發(fā)生。從五天時(shí)間窗來看，地音能量在沖擊地壓前4天先出現(xiàn)波動(dòng)較大的區(qū)段。

從地音事件脈沖次數(shù)趨勢(shì)來看，在沖擊地壓之前4天時(shí)間窗內(nèi)脈沖次數(shù)變化幅度較大。在沖擊地壓發(fā)生前4天，脈沖次數(shù)趨勢(shì)由大幅度波動(dòng)向平穩(wěn)過渡或由平穩(wěn)過渡到大幅度波動(dòng)。

地音能量在沖擊地壓前的演化規(guī)律說明沖擊地壓前煤巖體內(nèi)部微破裂活動(dòng)經(jīng)歷三個(gè)時(shí)期，活動(dòng)強(qiáng)烈期-活動(dòng)平靜期-活動(dòng)強(qiáng)烈期。地音活動(dòng)由平靜期向強(qiáng)烈期轉(zhuǎn)變之后，極易誘導(dǎo)沖擊地壓產(chǎn)生。地音事件由活動(dòng)平靜期向強(qiáng)烈期轉(zhuǎn)化的現(xiàn)象可以作為沖擊地壓前兆信息。

三、結(jié)論

（1）研究了烏東煤礦近直立煤層+450水平B3+6工作面的沖擊地壓顯現(xiàn)特征，結(jié)果表明沖擊地壓造成的巷道破壞位置主要集中在超前工作面0～200 m，B6頂板巷破壞程度大于B3底板巷，破壞形式以幫鼓為主。

（2）研究了B3+6工作面沖擊地壓前后的地音信號(hào)演化規(guī)律，結(jié)果表明，沖擊地壓前地音事件活動(dòng)性經(jīng)歷三個(gè)時(shí)期，即活動(dòng)強(qiáng)烈期-活動(dòng)平靜期-活動(dòng)強(qiáng)烈期。

參考文獻(xiàn)：

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