近直立煤層地表垮冒與工作面微震活動(dòng)關(guān)系

馮攀飛，楊 升，劉旭東，吳振華

(1.神華新疆能源有限責(zé)任公司，新疆 烏魯木齊 830027；2.中國(guó)科學(xué)院武漢巖土力學(xué)研究所 巖土力學(xué)與工程國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，湖北 武漢 430071)

0 引 言

中國(guó)對(duì)沉陷規(guī)律及開采沉陷的現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際觀測(cè)工作始于20世紀(jì)50年代的物理相似試驗(yàn)，到目前為止，中國(guó)學(xué)者經(jīng)多年的開采沉陷和沖擊地壓方面的研究，形成了豐富的地表移動(dòng)規(guī)律、煤礦沖擊顯現(xiàn)規(guī)律及預(yù)測(cè)理論研究成果[1-5]。實(shí)際上，沖擊地壓與冒頂有一種互為逆向的現(xiàn)象，易于冒頂?shù)牡胤胶苌侔l(fā)生沖擊地壓，而易于發(fā)生沖擊的地方很少有冒頂現(xiàn)象，因?yàn)槊簩禹敯迤扑闀r(shí)易于冒落，不易于對(duì)煤體加載從而不能形成高度應(yīng)力集中，破碎頂板本身也不能積聚能量。

石峰等利用微震監(jiān)測(cè)系統(tǒng)對(duì)金屬礦山上覆采空區(qū)頂板冒落規(guī)律進(jìn)行研究，發(fā)現(xiàn)冒落規(guī)律與微震監(jiān)測(cè)結(jié)果有很好的一致性[6]；付建新等利用室內(nèi)大型物理模型試驗(yàn)對(duì)隱伏空區(qū)頂板冒落規(guī)律進(jìn)行時(shí)空分析，揭示緩傾斜厚礦層采空區(qū)頂板冒落機(jī)理[7]；楊建立等通過對(duì)現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)的綜合分析，獲得了大采高工作面在綜采條件下的地表沉陷規(guī)律，并建立數(shù)值計(jì)算模型分析斷層構(gòu)造的存在對(duì)工作面頂板冒落的影響[8]；崔希民等建立力學(xué)模型對(duì)急傾斜煤層地表塌陷機(jī)理進(jìn)行研究，并獲得了避免地表塌陷的礦柱安全留設(shè)尺寸極其穩(wěn)定性系數(shù)表達(dá)式[9]；顏榮貴等總結(jié)國(guó)內(nèi)外沖擊地壓、地表沉陷等地質(zhì)災(zāi)害領(lǐng)域急需解決的重大問題，并分別對(duì)沖擊地壓、構(gòu)造應(yīng)力礦山的地表沉陷問題進(jìn)行論述[10]；李浩蕩等利用物探并結(jié)合數(shù)值計(jì)算的方法確定了堅(jiān)硬頂板控制下沖擊地壓的微震活動(dòng)特征及危險(xiǎn)區(qū)域[11]；潘俊鋒等將現(xiàn)場(chǎng)實(shí)測(cè)得到的微震、采動(dòng)應(yīng)力和沖擊顯現(xiàn)等數(shù)據(jù)進(jìn)行關(guān)聯(lián)分析，認(rèn)為微震的活動(dòng)周期和超前支撐壓力影響范圍內(nèi)沖擊地壓發(fā)生的概率明顯增加[12]；張楚旋等將不同的微震參數(shù)在頂板冒落前后的變化進(jìn)行對(duì)比研究，建立微震預(yù)報(bào)的一般模型，并成功運(yùn)用于礦區(qū)巖體穩(wěn)定性預(yù)測(cè)[13]；崔峰等采用數(shù)值計(jì)算的方法對(duì)水平分段開采前后煤巖體塑性區(qū)、應(yīng)力場(chǎng)和位移場(chǎng)分布特征進(jìn)行研究，結(jié)果表明開采擾動(dòng)和采空區(qū)介質(zhì)垮落對(duì)巷道有明顯影響，其錨桿拉力變化存在滯后現(xiàn)象[14]；劉旭東等通過室內(nèi)力學(xué)試驗(yàn)和現(xiàn)場(chǎng)地應(yīng)力測(cè)試等研究方法對(duì)煤層沖擊地壓致災(zāi)因素進(jìn)行分析，建立了不同微震等級(jí)與沖擊危險(xiǎn)區(qū)的內(nèi)在聯(lián)系，并指出沖擊地壓危險(xiǎn)區(qū)域在同一煤層的不同分層之間具有相似性和反復(fù)性[15]；來興平等通過現(xiàn)場(chǎng)開采調(diào)查和監(jiān)測(cè)并結(jié)合理論分析的方法對(duì)近直立煤層沖擊地壓發(fā)生機(jī)制進(jìn)行研究，提出巖柱動(dòng)力失穩(wěn)誘發(fā)動(dòng)力災(zāi)害的力學(xué)機(jī)制[16]；劉文崗采用組合體加卸載試驗(yàn)對(duì)煤礦沖擊地壓發(fā)生機(jī)制進(jìn)行研究，認(rèn)為煤巖體結(jié)構(gòu)的失穩(wěn)破壞是包含應(yīng)力、結(jié)果和材料強(qiáng)度在內(nèi)的多種因素共同作用的非線性動(dòng)力學(xué)過程[17]。

在上述研究成果中，許多模型有很強(qiáng)的針對(duì)性，并解決了實(shí)際問題，但目前國(guó)內(nèi)學(xué)者對(duì)覆巖冒落的研究大部分還針對(duì)的是巖性差別不大且無地質(zhì)構(gòu)造的緩傾斜煤層[18-22]，而對(duì)地質(zhì)構(gòu)造較為復(fù)雜的急傾斜特厚煤層，覆巖垮落和地表變形冒落與緩傾斜煤層有差別，且在急傾斜煤層沖擊地壓與地表下沉關(guān)系方面的研究更為鮮見，故文中采用微震監(jiān)測(cè)系統(tǒng)對(duì)頂板的活動(dòng)分析，及聯(lián)合地表垮落狀況，分析地表沉陷、拉裂與沖擊地壓的相關(guān)性，并進(jìn)一步通過高能事件及工作面礦壓顯現(xiàn)情況進(jìn)行驗(yàn)證分析。

1 工作面概況

烏東煤礦南區(qū)位于八道灣向斜南翼，主要對(duì)B1-2和B3-6組合煤層開采，其中B1-2煤層平均厚度30 m，B3-6煤層平均為48 m，煤層傾角87°，屬近直立煤層，2 組煤由巖墻隔開，巖柱寬度為 53～113 m，如圖1所示。+450水平B3-6煤層綜放面水平標(biāo)高+450 m，設(shè)計(jì)走向長(zhǎng)度2 520 m，平均寬度40 m，階段高度25 m，B3巷為軌道巷兼進(jìn)風(fēng)巷，B6巷為運(yùn)輸巷兼回風(fēng)巷。其東界為采區(qū)邊界煤柱，西界為工業(yè)廣場(chǎng)保護(hù)煤柱，南面是B1-2煤層，北面為B6煤層的頂板；上部為已回采結(jié)束的+475水平B3-6煤層綜采放頂煤工作面，其采空區(qū)采用全部陷落法管理，其中工作面走向方向2 050～2 270 m為滿足礦壓防止和防滅火需求，采取快速推進(jìn)方式，頂板未垮落，+450水平回采期間對(duì)高階段煤柱進(jìn)行完全回收(本分層回采期間地面垮落)。

圖1 近直立煤層綜放面布置Fig.1 Layout of fully mechanized top-coal caving face in steep-inclined coal seam

2 地表滯后與開采深度

急傾斜煤層采用水平分段放頂煤開采，工作面沿著煤層厚度的水平線進(jìn)行布置，在煤層開采過程中，工作面上方的松散巖體會(huì)形成一個(gè)平行于工作面的拱結(jié)構(gòu)，如圖2所示，該拱結(jié)構(gòu)改變了介質(zhì)中的應(yīng)力狀態(tài)，在放頂開采過程中，拱結(jié)構(gòu)不斷的向上位頂煤移動(dòng)，并將上覆殘留煤矸的荷載作用到頂?shù)装澹宽數(shù)滋幑敖侵ё捎谑艿娇臻g尺寸約束，從而形成一個(gè)三鉸拱結(jié)構(gòu)，力學(xué)模型如圖3所示。

圖2 水平分段綜放開采覆層煤巖拱結(jié)構(gòu)示意Fig.2 Sketch of overburden coal rock arch structure in horizontal sublevel caving mining

圖3 三鉸拱結(jié)構(gòu)的力學(xué)模型Fig.3 Mechanical model of three-hinged arch structure

拱角支座反力R可以分解為水平與垂直方向的分力，三鉸拱在豎直荷載作用下任意x截面的內(nèi)力，見式(1)

(1)

三鉸拱在平衡條件下的截面彎矩應(yīng)滿足力矩平衡條件，見式(2)

∑Mx=0

(2)

計(jì)算可得拱結(jié)構(gòu)支座水平反力大小，見式(3)

(3)

式中p為拱結(jié)構(gòu)上的單位長(zhǎng)度荷載，N/m；l為拱結(jié)構(gòu)的跨長(zhǎng)，m。

由于在煤層開采過程中，拱結(jié)構(gòu)是自發(fā)形成的，是散體介質(zhì)自身抵抗剪力、維持平衡的結(jié)果，因此拱軸線一定為合理拱軸線，設(shè)γ為三鉸拱上覆煤矸的容重，kN/m3，需要注意的是拱結(jié)構(gòu)取的為單位寬度，則拱結(jié)構(gòu)上的荷載大小，見式(4)

q=qc+γy0

(4)

式中q為拱結(jié)構(gòu)上覆荷載大小，kN/m；qc為拱頂處的荷載集度,kN/m；y0為煤層開采深度，m。

由于式(5)，即

(5)

則有式(6)

(6)

經(jīng)求解計(jì)算可得式(7)

(7)

根據(jù)極限平衡理論，松散介質(zhì)內(nèi)的結(jié)構(gòu)極限平衡應(yīng)滿足式(8)

τ=c+σtanφ

(8)

式中τ為剪應(yīng)力，MPa；c為上覆煤矸的粘聚力，kN/m2；σ為正應(yīng)力，MPa；φ為上覆煤矸的內(nèi)摩擦角，(°)。

根據(jù)散體力學(xué)原理可得式(9)

τ=c+K0γz

(9)

式中K0為上覆煤矸的側(cè)壓系數(shù)。

對(duì)上式沿拱高方向進(jìn)行積分可得拱腳處的垂直分力RV，見式(10)

(10)

式中f′為拱頂?shù)降乇淼木嚯x，m。

隨著采深增加，拱高和拱頂?shù)降乇淼木嚯x之和也隨之增大，三鉸拱結(jié)構(gòu)作用在拱腳處即煤層頂?shù)装逄幍牧σ搽S之增大。因此近直立煤層分層綜放開采條件下，工作面圍巖受到采動(dòng)和空間結(jié)構(gòu)等因素共同影響。

則跨長(zhǎng)與拱高的關(guān)系見式(11)

(11)

由以上分析可知，當(dāng)頂?shù)装逯g的距離和其它參數(shù)一定時(shí)，拱高與上覆殘留煤矸的高度比也應(yīng)該是定值，因此在煤層開采深度較小時(shí)，上方殘留高度有限時(shí)就無法形成穩(wěn)定的拱結(jié)構(gòu)，而隨著煤層開采深度的增加，殘留煤矸的高度不斷增大，較容易形成穩(wěn)定的拱結(jié)構(gòu)，導(dǎo)致頂板垮落難度較大。以烏東煤礦B3+6工作面實(shí)際工程情況為例，工作面上方采空區(qū)為矸石填充，依照經(jīng)驗(yàn)取值為γ=1 350 kg/m3，K0=2。由于采空區(qū)內(nèi)覆蓋黃土，黃土和煤矸石的粘聚力參照文獻(xiàn)[23]試驗(yàn)結(jié)果的取值為c=112 kPa，拱頂處并無集中荷載，煤層傾角為87°，跨度和拱高的關(guān)系如圖4所示。

圖4 不同開采深度下采空區(qū)拱高和跨長(zhǎng)的關(guān)系Fig.4 Relationship between arch height and span length of goaf under different mining depths

未受開采擾動(dòng)前，采空區(qū)內(nèi)殘留煤矸拱結(jié)構(gòu)提供了穩(wěn)定支撐，地表不易發(fā)生垮落和沉降。開采活過程中，工作面推進(jìn)時(shí)上覆殘留煤矸形成的拱結(jié)構(gòu)瞬間失穩(wěn)，煤矸及充填黃土發(fā)生沉降，采區(qū)地表亦發(fā)生沉降。拱結(jié)構(gòu)失穩(wěn)后，上覆巖層失去支撐、圍巖垮落破裂誘發(fā)能量事件，誘發(fā)微震事件發(fā)生。

近直立煤層開采一方面不斷改變工作面上覆殘留煤矸拱結(jié)構(gòu)和工作面頂?shù)装宓姆€(wěn)定性和應(yīng)力狀態(tài)，致使圍巖破裂垮落而誘發(fā)沖擊；另一方面開采影響傳遞到地面，地表沉降塌陷速度反映了工作面圍巖的破斷情況。生產(chǎn)強(qiáng)度、圍巖構(gòu)造等因素都影響著開采后工作面上覆巖層到地表土層的整體移動(dòng)行為，地表沉降速度的快慢和微震能量頻次時(shí)序特征，反映出煤巖體應(yīng)力集中程度和煤巖體垮冒情況，因此采用地表沉陷觀測(cè)和工作面微震監(jiān)測(cè)，分析工作面上覆巖層到地表土層空間大結(jié)構(gòu)的活動(dòng)強(qiáng)度和評(píng)價(jià)工作面沖擊危險(xiǎn)性。

3 地表滯后陷落距離與微震關(guān)系

3.1 微震監(jiān)測(cè)系統(tǒng)及其布置

礦井裝備ARAMIS M/E 微震監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，可以監(jiān)測(cè)震動(dòng)能量大于100 J，頻率在 0～150 Hz 及低于 100 dB 的震動(dòng)事件。其中傳感器范圍為500 m，拾震器監(jiān)測(cè)范圍最大為2 000 m。

礦井在綜放工作面區(qū)域布置5個(gè)監(jiān)測(cè)臺(tái)站，可以有效監(jiān)測(cè)工作面采動(dòng)影響區(qū)域內(nèi)震動(dòng)時(shí)間。中間巖柱的撬動(dòng)作用是烏東煤礦的主要致災(zāi)因素之一，為有效監(jiān)測(cè)+450水平B3-6綜放工作面采動(dòng)影響區(qū)域以及中間巖柱圍巖活動(dòng)，因此在超前工作面范圍布置3個(gè)監(jiān)測(cè)臺(tái)站。同時(shí)為監(jiān)測(cè)工作面上覆殘留煤矸拱結(jié)構(gòu)破裂垮落等圍巖活動(dòng)，在工作面后方布置2個(gè)監(jiān)測(cè)臺(tái)站，如圖5所示。

圖5 綜放工作面微震臺(tái)站布置平面Fig.5 Layout plan of microseismic sensors in fully mechanized working face

3.2 地表滯后陷落常規(guī)規(guī)律分析

微震震動(dòng)能量和頻次反映了煤巖體的破壞程度，微震事件能量越高，震動(dòng)越頻繁，表明煤巖體應(yīng)力集中程度越大，破壞越嚴(yán)重。由于近直立特厚煤層采煤方法的特殊性，工作面回采過程中，地表塌陷前，有一段時(shí)間的冒落速度很小，或者基本不產(chǎn)生冒落，而回采一段時(shí)間后，在臨近塌陷時(shí)，有較大高度圍巖突然冒落現(xiàn)象，即地表存在間歇性陷落。通過對(duì)現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)的統(tǒng)計(jì)分析可以發(fā)現(xiàn)，這種現(xiàn)象與工作面的微震活動(dòng)及礦壓顯現(xiàn)有密切關(guān)系。工作面回采期間地表滯后陷落數(shù)據(jù)與微震監(jiān)測(cè)事件能量頻次對(duì)比分析結(jié)果如圖6所示，圖6區(qū)域一為1月26日—2月3日，區(qū)域二為2月3日—2月6日。1月26日—2月3日，地表滯后陷落距離由16.7 m增加至28.6 m后，微震監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)表明，工作面圍巖產(chǎn)生的微震能量頻次均呈上升的趨勢(shì)，能量漲幅440%，頻次也呈大幅度增長(zhǎng)，頂板的大面積破斷之前，微震監(jiān)測(cè)能量達(dá)到峰值，工作面微震表現(xiàn)強(qiáng)烈，現(xiàn)場(chǎng)礦壓顯現(xiàn)加劇，揭示了工作面出現(xiàn)應(yīng)力釋放過程。當(dāng)?shù)孛婵迓渚嚯x由16.7 m逐漸增加至22.5 m時(shí)，微震能量頻次都逐漸增加，當(dāng)達(dá)到峰值時(shí)，該過程即區(qū)域一監(jiān)測(cè)結(jié)果，頂板垮落后，煤巖體能量得到釋放，即區(qū)域二變化過程，地表垮落距離與沖擊危險(xiǎn)具有正相關(guān)性?，F(xiàn)場(chǎng)微震結(jié)果表明，工作面微震活動(dòng)強(qiáng)弱與地面滯后陷落距離有密切聯(lián)系。

圖6 地表拉裂期間微震能量頻次變化Fig.6 Variation of microseismic energy frequency during surface tension cracking

3.3 地表陷落不同陷落距離對(duì)比

對(duì)工作面2018年4月19日-5月12日監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)分析，推進(jìn)里程為走向395.4～309.7 m。數(shù)據(jù)分為2個(gè)區(qū)域，區(qū)域一為4月19日—4月23日，地面頂板滯后工作面范圍23～31.7 m，平均距離為27.3 m，微震事件日均能量為1.7×104J；4月25日—4月29日，地面頂板滯后工作面范圍17.3～25 m，微震事件日均能量為5.86×103J，能量下降了190%；區(qū)域二為5月3日—5月12日監(jiān)測(cè)結(jié)果，地面頂板滯后工作面距離平均為13.83 m，微震事件日均能量為4.05×103J，微震事件能量未出現(xiàn)明顯變化，如圖7所示。

圖7 地表拉裂期間微震能量頻次變化Fig.7 Variation of microseismic energy frequency during surface tension fracture

通過對(duì)不同的垮落步距進(jìn)行微震監(jiān)測(cè)分析可以發(fā)現(xiàn)，當(dāng)工作面頂板滯后距離小于15 m時(shí)，微震監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)相對(duì)平穩(wěn)，平均能量為5.3×103J/日，工作面區(qū)域無明顯應(yīng)力集中現(xiàn)象；當(dāng)頂板滯后距離超過25 m時(shí)，微震事件能量較前期上升明顯，且由于覆巖進(jìn)一步運(yùn)動(dòng)，造成微震事件頻次及能量波動(dòng)較大。

4 特殊結(jié)構(gòu)影響下地表陷落與微震的關(guān)系

由工作面在未受構(gòu)造影響、沖擊危險(xiǎn)相對(duì)較低區(qū)域內(nèi)推進(jìn)時(shí)的分析可知，地表垮冒滯后距離與工作面微震活動(dòng)兩者之間有較好的相關(guān)性，微震時(shí)間活動(dòng)可在一定程度上反應(yīng)工作面的沖擊危險(xiǎn)狀況。因此，可對(duì)特殊結(jié)構(gòu)導(dǎo)致的高應(yīng)力、高沖擊危險(xiǎn)區(qū)域進(jìn)行深入研究，進(jìn)一步分析驗(yàn)證地表垮冒滯后距離與工作面微震活動(dòng)的關(guān)系。

4.1 特殊區(qū)域下地表陷落距離沖擊致災(zāi)研究

選取2017年10月17日—12月13日工作面推進(jìn)期間監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，工作面由走向1 134 m回采至940 m(1 420～970 m為原五一煤礦井田區(qū)域)，期間需要經(jīng)過原五一煤礦高階段煤柱西邊界影響區(qū)域，如圖8所示。受近直立特厚煤層上覆采空區(qū)邊界煤柱影響，多分層開采已表明易出現(xiàn)應(yīng)力集中現(xiàn)象，工作面動(dòng)力效應(yīng)更加明顯?，F(xiàn)場(chǎng)開采過程揭示，分別在11月5日和12月4日出現(xiàn)大于105J微震事件，事件發(fā)生期間，地面滯后冒落步距均大于32.5 m，其中12月4日大能量事件發(fā)生后，頂板出現(xiàn)大面積垮落現(xiàn)象(向西垮落16 m)。由此得出，地面頂板滯后垮落超過32.5 m時(shí)，工作面出現(xiàn)明顯應(yīng)力集中現(xiàn)象、圍巖活動(dòng)具有不穩(wěn)定性，圍巖突然運(yùn)動(dòng)過程引起能量突然釋放，造成大能量顯現(xiàn)事件。

圖8 上覆原五一煤礦開采范圍平立面Fig.8 Plan and elevation of the goaf boundary of the original Wuyi coal mine

依據(jù)現(xiàn)場(chǎng)觀測(cè)可知，10月25日頂板垮落，垮落前3天微震事件頻次由13次上升到最高值28次，上升率為115%；11月11日頂板垮落，垮落前3天微震事件頻次由6次上升到最高值14次，上升率為130%；11月22日頂板垮落，垮落前3天微震事件頻次由10次上升到最高值20次，上升率為100%。分析得出，地面垮落前3天，微震監(jiān)測(cè)頻次易出現(xiàn)較大波動(dòng)，頻次波動(dòng)范圍為100%～130%。如圖9所示。以上結(jié)果表明，地面滯后垮落距離越大，巖體彎曲斷裂形成的結(jié)構(gòu)滑落失穩(wěn)所產(chǎn)生的強(qiáng)微震活動(dòng)越明顯，在強(qiáng)動(dòng)力擾動(dòng)下也更容易誘發(fā)沖擊地壓顯現(xiàn)。

圖9 地表拉裂期間微震能量頻次變化Fig.9 Variation of microseismic energy frequency during surface tension fracture

4.2 特殊區(qū)域下地表陷落致災(zāi)范圍分析

2016年11月29日—12月18日期間，工作面由走向2 017 m回采至1 952 m(1 950～2 270 m為原防洪渠煤柱影響范圍，如圖8所示，上分層回采時(shí)快速通過)，本分層回采期間對(duì)高階段煤柱進(jìn)行完全回收(本分層回采地面垮落)，生產(chǎn)強(qiáng)度大，工作面應(yīng)力集中程度整體較高。由圖10區(qū)域一可以看出，頂板垮落滯后15～26.8 m時(shí)微震事件能量整體呈現(xiàn)上升趨勢(shì)，能量由4.83×104J/日上升為1.5×105J/日，能量波動(dòng)范圍達(dá)320%。

圖10 防洪渠煤柱區(qū)域工作面平立面Fig.10 Plan and elevation of working face in flood control canal coal pillar area

從區(qū)域二可以看出，12月15日地面大范圍垮落后，工作面微震事件能量出現(xiàn)降低，但由于地面垮落不徹底，架后覆巖存在空間，進(jìn)一步塌實(shí)期間造成圍巖活躍度增大，造成微震事件頻次呈上升趨勢(shì)，12月15日頂板垮落前后頻次由15次上升到54次，頻次上升了260%，如圖11所示。

圖11 頂板滯后垮落與微震事件頻次/能量變化趨勢(shì)Fig.11 Variation trend of frequency/energy of microseismic events and collapse of roof slab after stagnation

研究發(fā)現(xiàn)，在近直立特厚煤層上方的原五一煤礦采空區(qū)邊界煤柱和防洪渠煤柱等特殊區(qū)域影響下，近直立特厚煤層工作面回采過程中地表陷落與微震活動(dòng)的關(guān)系也有著較好的相關(guān)性。研究結(jié)果與工作面未受構(gòu)造影響時(shí)基本一致，地表垮冒距離越大、圍巖微震活動(dòng)越劇烈、工作面沖擊危險(xiǎn)較高。

同時(shí)，可以發(fā)現(xiàn)近直立特厚煤層工作面在特殊區(qū)域內(nèi)進(jìn)行回采作業(yè)時(shí)，地表垮冒距離更大、微震活動(dòng)更為劇烈，與工作面礦壓規(guī)律具有較高的一致性。微震數(shù)據(jù)及現(xiàn)場(chǎng)情況表明，當(dāng)垮落距離超過32.5 m時(shí)，地面將會(huì)發(fā)生突然垮落，煤巖體積聚的能量突然釋放，易引發(fā)大能量事件發(fā)生、形成強(qiáng)動(dòng)載，造成工作面沖擊危險(xiǎn)性急增。

5 結(jié) 論

1)近直立煤層采深較小時(shí)，工作面上方矸石殘留高度有限、無法形成穩(wěn)定的拱結(jié)構(gòu)；但隨著煤層開采深度的增加，殘留煤矸的高度不斷增大，較容易形成穩(wěn)定的拱結(jié)構(gòu)，導(dǎo)致頂板垮落難度較大，為地表滯后垮落提供可能。

2)地表滯后垮落距離于圍巖能量積聚呈正相關(guān)關(guān)系，地面垮冒距離越大圍巖活動(dòng)強(qiáng)度越劇烈。地表滯后垮落達(dá)到15～25 m時(shí)，工作面區(qū)域微震事件能量呈現(xiàn)明顯上升趨勢(shì)，當(dāng)?shù)乇頊罂迓溥_(dá)到25～32 m時(shí)，圍巖活動(dòng)強(qiáng)度加劇，沖擊危險(xiǎn)性進(jìn)一步增加；而當(dāng)頂板滯后垮落距離超過32 m時(shí)，極易誘發(fā)工作面沖擊顯現(xiàn)。

3)在高階段、防洪渠煤柱等特殊區(qū)域結(jié)構(gòu)條件，地表垮冒、井下圍巖活動(dòng)微震事件變化規(guī)律與綜放工作面礦壓規(guī)律具有較高的一致，地表垮冒距離越滯后，圍巖活動(dòng)變化越劇烈，微震事件頻次或能量可增大1～4.4倍，工作面沖擊危險(xiǎn)性越大。