急傾斜特厚煤層覆巖層采掘活動微震預(yù)警指標(biāo)分析

摘要：以硫磺溝煤礦為背景，對具有顯著的沖擊地壓煤層采掘工作面，利用ARAMIS M/E微震監(jiān)測系統(tǒng)，結(jié)合沖擊地壓預(yù)警模型，綜合監(jiān)測分析，得到最大微震事件能量超限預(yù)警，達(dá)到?jīng)_擊地壓危險(xiǎn)狀況超前預(yù)測預(yù)報(bào)，指導(dǎo)礦井防沖工作有效開展。

關(guān)鍵詞：巖層;指標(biāo)

一、礦井基本概況

1.地質(zhì)條件

（1）井田地層

井田地形為西北高、東南低、海撥高程1200m～1500m之間，相對高差300m，緊靠頭屯河西岸階地，為中山～河流階地地形。井田范圍內(nèi)地表為山地和丘陵地帶，無村莊和房屋。

煤礦位于準(zhǔn)南煤田頭屯河區(qū)阿克德向斜南翼，地層分別劃歸中侏羅統(tǒng)西山窯組與頭屯河組，其上被第四系沖洪積、坡積物等覆蓋。

（2）地應(yīng)力情況

在+600m水平以上進(jìn)行了地應(yīng)力測試，測試結(jié)果以垂直應(yīng)力為主，屬于垂直應(yīng)力場類型，但最大水平主應(yīng)力與垂直應(yīng)力接近，水平主應(yīng)力隨深度增加而增大，最大水平主應(yīng)力方位角在124～156°之間，與順槽軸向夾角小于20°，與開拓工作面軸向夾角大于72°。

（3）地震

礦區(qū)位于北天山的北部邊緣，屬強(qiáng)震斷裂帶范圍之內(nèi)，根據(jù)《中國地震動參數(shù)區(qū)劃圖》（GB18306—2001），該區(qū)地震動峰值加速度為0.20 g，地震頻0.40 s，對應(yīng)的地震基本烈度為Ⅷ度。

（4）關(guān)鍵層情況

可采煤層為4-5、9-15煤層，4-5煤層厚度6.52m，頂板多為粉砂巖，局部為泥巖;底板多為粉砂巖（東部區(qū)段為泥巖），9-15煤層厚度33.36～35.69m，頂板以粗砂巖和中砂巖為主，下部為粉細(xì)砂巖;底板以泥巖和炭質(zhì)泥巖為主4-5號煤層存在偽頂、直接頂及老頂，而4-5號與7號煤層間距普遍較小，一般1.03～8.22m，平均3.58m，故4-5號煤層的底板即為7號煤的頂板，4-5號煤層的底板（7號煤層的頂板），其巖性組成多以粉砂巖，其次是作為偽頂（偽底）的炭質(zhì)泥巖，其抗壓強(qiáng)度小于10MPa，結(jié)構(gòu)面多為層理面，厚度較小，但巖性交替頻繁，巖體本身水量貧乏，滲透性極弱，而持水性極強(qiáng)。9-15煤層位于西山窯組下段下部，井田內(nèi)主要可采煤層，也是硫磺溝礦區(qū)主采煤層，是井田唯一特厚煤層，煤厚19.30～36.93m，平均31.96m。

（5）地表沉陷

5.1高壓線塔傾斜變化

沿線路方向受開采影響最大的高壓線塔為110kv清泥22，傾斜變化量66mm，下沉41mm，向北移動16mm，向東移動47mm;垂直與線路方向受開采影響最大的高壓線塔為110kv寶清55，傾斜變化量131mm，下沉165mm，向南移動78mm，向東移動274mm。

（6）斷層情況

本區(qū)共發(fā)育斷層17條，其中正斷層12條，逆斷層5條;落差大于20m的斷層4條。其中以往的三維地震勘探報(bào)告中解釋斷層7條，其中正斷層6條，逆斷層1條;落差大于10m的斷層2條。其中，查明斷層6條，分別為：DF1、DF2、DF3、DF5、DF6和DF12斷層;基本查明斷層1條，為DF7。補(bǔ)勘三維地震勘探查出斷層10條，查明斷層6條，基本查明斷層4條。其中落差≥50m 的斷層2條，落差20m≤H<50m 的斷層2條，落差10m≤H<20m的斷層2條，落差5m≤H<10m 的斷層4條 。

（7）煤巖沖擊傾向性鑒定結(jié)果等內(nèi)容

4-5煤層及9-15煤層均具有沖擊傾向性，其中4-5煤層及其頂?shù)装寰哂腥鯖_擊傾向性，9-15煤層及其頂?shù)装寰哂袕?qiáng)沖擊傾向性。

2.生產(chǎn)情況

（1）采煤方法

主要采用走向長壁后退式機(jī)械采煤法，全部垮落法管理頂板的方式開采。

（2）掘進(jìn)方法

主要采用綜掘和炮掘。

3.微震監(jiān)測

硫磺溝煤礦微震監(jiān)測系統(tǒng)于2017年7月安裝開始運(yùn)行，系統(tǒng)型號為ARAMIS M/E，目前ARAMIS M/E微震監(jiān)測系統(tǒng)共配置了10個(gè)探頭和6個(gè)拾震器覆蓋了全礦井所有采掘區(qū)域。

二、歷年微震事件能量統(tǒng)計(jì)

1.歷史沖擊破壞情況

（1）（4-5）06工作面

（4-5）06回采工作面2018年12月16日至2020年7月4日微震監(jiān)測系統(tǒng)監(jiān)測數(shù)據(jù)進(jìn)行分析。共監(jiān)測到事件總數(shù)13256個(gè)，單次微震事件的能量最大值為9.5×105J。

通過分析（4-5）06工作面自回采至結(jié)束，未發(fā)生沖擊地壓破壞現(xiàn)象，微震事件大部分分布在工作面超前150m-200m及采空區(qū)50m范圍內(nèi)，微震監(jiān)測最大能量9.5*105J，位于采空區(qū)頂板以上40-50m。主要原因是遇地質(zhì)構(gòu)造帶和工作面見方、周期來壓影響，微震事件發(fā)生同時(shí)工作面兩順槽超前70m巷道出現(xiàn)頂板掉渣，煤塵飛揚(yáng)，能見度低，未出現(xiàn)巷道大幅度變形。

（2）（9-15）08工作面

選擇（9-15）08回采工作面2020年7月8日至2020年11月13日的ARAMIS M/E微震監(jiān)測系統(tǒng)監(jiān)測數(shù)據(jù)進(jìn)行分析。共監(jiān)測到事件總數(shù)5431個(gè)，單次微震事件的能量最大值為4.03×105J。

通過分析（9-15）08工作面自回采至今，發(fā)生393次能量超過1E+04J以上的震動，90次在（9-15）08工作面皮帶順槽超前，139次在工作面中部煤壁超前，106次在軌道順槽超前，58次在采空區(qū)后方。集中區(qū)域：微震事件主要集中在超前0-150m范圍內(nèi)，占全部工作面前震動的91%;分布在頂板震動占全部震動的99%，其中：頂板0-26m分布占所有頂板震動的94%，頂板分布最遠(yuǎn)距離為頂板58m未發(fā)生沖擊地壓破壞現(xiàn)象，監(jiān)測最大能量4.03*105J，位于采空區(qū)頂板以上58m。主要原因是工作面見方、周期來壓影響，微震事件發(fā)生同時(shí)工作面兩順槽超前支護(hù)段50m巷道下禹角出現(xiàn)頂板掉渣，有輕微震感，未出現(xiàn)巷道大幅度變形。

三、統(tǒng)計(jì)分析和指標(biāo)確定

微震系統(tǒng)自2017年7月開始運(yùn)行至今共監(jiān)測到最大的能量事件分別為4.03×105J、9.5×105J，其中大于1.0E+05且小于5.0E+05J事件占5次方事件總頻次比例較多，均未造成沖擊破壞。

四、結(jié)論

根據(jù)4-5煤層、9-15煤層采煤工作面微震監(jiān)測數(shù)據(jù)分析，為安全考慮，可將微震預(yù)警指標(biāo)的單個(gè)能量事件指標(biāo)即單個(gè)能量事件≥50000J作可為震源與到破壞點(diǎn)距離25-50m預(yù)警指標(biāo)礦井微震能量超限指標(biāo)，對應(yīng)地震震級為1.47級。

作者簡介：崔志瀛（1988.08.16），男，漢，山東濱州，大專，助理工程師，技術(shù)員，研究方向：煤礦沖擊地壓。