王鵬

【摘 要】為有效治理大能量礦震，實(shí)現(xiàn)“有震無(wú)災(zāi)”，以東灘煤礦六采區(qū)為研究背景，采用微震監(jiān)測(cè)、理論分析、數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)等手段對(duì)東灘煤礦63上04和63上05工作面回采期間礦震進(jìn)行分析。大能量礦震發(fā)生往往與煤層上方堅(jiān)硬巖層關(guān)系密切，硬厚巖層斷裂是導(dǎo)致大能量礦震發(fā)生的主要因素，判定3上煤層上方90～180m硬厚砂巖為主導(dǎo)63上04和63上05工作面礦震發(fā)生的關(guān)鍵巖層；大能量礦震發(fā)生往往具有“見方”效應(yīng)，可據(jù)此推演大能量礦震發(fā)生的時(shí)間和位置。

【Abstract】In order to effectively control the large energy mine earthquake， realize "earthquake without disaster"， taking the six mining area of Dongtan coal mine as the research background， we use microseismic monitoring， theoretical analysis and data statistics to analyze the mine earthquake during the recovery period of 63up 04 and 63up 05 working face of Dongtan Coal Mine. The occurrence of large energy mine earthquake is often closely related to the hard rock above the coal seam， and the fracture of hard and thick rock is the main factor that causes the occurrence of large energy mine. The hard and thick sandstone of 90 ～ 180m above the 3up coal seam is the key rock that leads to the occurrence of ore shock in 63up 04 and 63 up 05 working face. The occurrence of large energy mineral earthquakes often has a "square" effect， which can be used to deduce the time and position of the occurrence of large energy mineral earthquakes.

【關(guān)鍵詞】礦震；微震監(jiān)測(cè)；硬厚頂板；影響因素

【Keywords】 mine earthquake； microquake monitoring； hard thick roof； influence factor

【中圖分類號(hào)】TD324 【文獻(xiàn)標(biāo)志碼】A 【文章編號(hào)】1673-1069（2017）12-0140-03

1 工程概況

東灘煤礦六采區(qū)是近年來(lái)礦井主要產(chǎn)煤采區(qū)。目前，六采區(qū)已采或正采工作面有63上04工作面（首采已采空）和63上05工作面（目前開采約380m），兩工作面位于采區(qū)中部且相鄰。63上04工作面標(biāo)高為-632.5～-709.3m，平均-670.9m，工作面走向長(zhǎng)1622.2m，傾斜寬254.3m；63上05工作面標(biāo)高為-632.1～-676.5m，平均-658.4m，工作面走向長(zhǎng)1571.5m，傾斜寬252.9m。兩工作面回采山西組3上煤層，煤層傾角平均5°，煤層厚度平均5.2m且較穩(wěn)定，煤層硬度f(wàn)=2～3，結(jié)構(gòu)復(fù)雜。工作面無(wú)直接頂，基本頂為厚度8～15m的粉砂巖，直接底為厚度9.47～13.26m的細(xì)砂巖，工作面采用綜采一次采全高開采方式。63上04工作面2015年12月13日始采，2016年12月10日回采結(jié)束；63上05工作面2017年8月2日始采，截至目前已采295m。圖1為六采區(qū)63上04和63上05工作面的綜合柱狀圖。

2 六采區(qū)礦震發(fā)生情況分析

2.1 63上04工作面回采期間礦震情況

自工作面開始生產(chǎn)，63上04工作面及其周圍共監(jiān)測(cè)到有效震動(dòng)2187次，其中能量低于1×104J的礦震次數(shù)1948次，占震動(dòng)總次數(shù)的89.1%，工作面周圍震動(dòng)主要以小能量震動(dòng)為主。能量大于1×105J的礦震87次，而震動(dòng)級(jí)別在2.0級(jí)以上的震動(dòng)有35次，占震動(dòng)總次數(shù)的1.6%。大礦震事件均發(fā)生在工作面后方采空區(qū)內(nèi)高位頂板，其中發(fā)生最大級(jí)別礦震為2.71級(jí)，能量為8.8×106J，發(fā)生在采空區(qū)上方頂板，距回采工作面418.4m。東灘煤礦礦震監(jiān)測(cè)采取24小時(shí)值班制度，及時(shí)對(duì)微震監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)進(jìn)行分析。大級(jí)別震動(dòng)事件發(fā)生時(shí)，井下工作面現(xiàn)場(chǎng)均未感覺到震動(dòng)，工作面及兩順槽支護(hù)完整，未出現(xiàn)支護(hù)被破壞的狀況[1]。

2.2 63上05工作面回采期間礦震情況

自工作面開始生產(chǎn)，63上05工作面及其周圍共監(jiān)測(cè)到有效震動(dòng)1260次，其中能量低于1×104J的礦震次數(shù)1164次，占震動(dòng)總次數(shù)的92.38%；能量大于1×104J小于1×105J的震動(dòng)事件71次，占震動(dòng)總次數(shù)的5.63%；能量大于1×105J的礦震25次，而震動(dòng)級(jí)別在2.0級(jí)以上的震動(dòng)有8次，占震動(dòng)總次數(shù)的0.63%。

經(jīng)對(duì)監(jiān)測(cè)到的微震事件分析統(tǒng)計(jì)，工作面附近震動(dòng)主要以小能量震動(dòng)事件為主，大能量礦震事件均發(fā)生在工作面后方采空區(qū)內(nèi)高位頂板，其中發(fā)生最大級(jí)別礦震為2.55級(jí)，能量為4.40×106J，發(fā)生在采空區(qū)上方高位頂板，距回采工作面204m，工作面回采進(jìn)尺為352.7m。endprint

東灘煤礦礦震監(jiān)測(cè)采取24小時(shí)值班制度，確保及時(shí)對(duì)微震監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)進(jìn)行分析。大級(jí)別震動(dòng)事件發(fā)生時(shí)，井下工作面現(xiàn)場(chǎng)均未感覺到震動(dòng)，工作面及兩順槽支護(hù)完整，未出現(xiàn)支護(hù)被破壞狀況。

3 礦震發(fā)生的影響因素分析

3.1 礦震與地質(zhì)賦存關(guān)系分析

從井田地質(zhì)條件來(lái)看，礦震發(fā)生區(qū)域煤層上方都賦存一層紅層，受風(fēng)化剝蝕影響，紅層厚度由西南向東北方向逐漸變厚，紅層厚度235～536m。經(jīng)“SOS”微震監(jiān)測(cè)系統(tǒng)近幾年監(jiān)測(cè)情況來(lái)看，兗州礦區(qū)賦存此種地質(zhì)構(gòu)造的鮑店煤礦十采區(qū)和南屯煤礦九采區(qū)安排采掘活動(dòng)時(shí)，大礦震事件也頻繁發(fā)生，而東灘煤礦六采區(qū)處于鮑店煤礦十采區(qū)和南屯煤礦九采區(qū)中部，63上04工作面和63上05工作面位于六采區(qū)中部，在工作面回采期間采空區(qū)頂板垮落，引發(fā)大級(jí)別礦震事件[2]。

3.2 礦震發(fā)生的關(guān)鍵巖層分析

經(jīng)對(duì)大礦震事件發(fā)生位置進(jìn)行分析，63上04工作面和63上05工作面煤層埋藏深度在-640m～-670m之間，監(jiān)測(cè)到的大能量礦震事件多數(shù)發(fā)生層位在-560m～-440m之間，即礦震發(fā)生的震源在3上煤層上方90～180m之間。因此判定此層巖層是發(fā)生礦震的關(guān)鍵巖層，由于關(guān)鍵巖層的開裂、斷裂，能量釋放時(shí)引起震動(dòng)事件發(fā)生，關(guān)鍵巖層斷裂誘發(fā)大能量礦震原理如圖2所示。

3.3 礦震發(fā)生的“見方”效應(yīng)

63上05工作面回采至255m位置時(shí)，工作面正處于“一次見方”區(qū)段，“一次見方”區(qū)段屬于礦壓影響劇烈區(qū)，煤層上方頂板活動(dòng)劇烈而引發(fā)大能量震動(dòng)事件的發(fā)生。自10月13日工作面推進(jìn)至254m“見方”位置開始，到10月21日工作面推進(jìn)至295m位置，在此40m區(qū)段回采期間發(fā)生2.0級(jí)以上礦震事件4次，“見方”效應(yīng)十分明顯。從4次礦震發(fā)生的位置來(lái)看，基本靠近采空區(qū)邊緣。分析認(rèn)為，在工作面“一次見方”區(qū)段，采空區(qū)邊緣上方頂板受采動(dòng)影響“失穩(wěn)”斷裂，相對(duì)采空區(qū)頂板活動(dòng)更易引起強(qiáng)烈震動(dòng)。

3.4 煤層上方“紅層”對(duì)礦震影響

根據(jù)對(duì)63上04工作面地質(zhì)資料進(jìn)行分析，在3上煤層上方賦存有巨厚的“紅層”，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”44.13m，隨工作面向前回采，煤層距“紅層”距離不斷增大，在工作面回采至約1050m時(shí)，煤層距離“紅層”距離最大，約為98.45m，之后距離又逐漸減小，在工作面停采位置煤層距紅層的距離約為83m。自1月26日工作面回采至134m位置，到8月11日工作面推進(jìn)約1000m位置，工作面煤層距紅層的距離由44m增加至98m，發(fā)生大礦震事件26次；到11月3日工作面回采至1400m，煤層距頂板上方紅層的距離為98m，基本保持不變，在此期間發(fā)生大礦震事件8次。經(jīng)分析認(rèn)為，工作面出現(xiàn)大級(jí)別震動(dòng)事件與煤層距紅層的距離變化有密不可分的關(guān)系，煤層距紅層的間距變化劇增或劇減時(shí)，大礦震事件發(fā)生次數(shù)將增加。

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”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30～40m，沿工作面回采方向煤層距“紅層”的間距逐漸增大。根據(jù)對(duì)43上13、63上04工作面回采期間大能量礦震事件總結(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。

在63上05工作面“見方”區(qū)域頻繁發(fā)生大級(jí)別礦震事件后，尋找礦震發(fā)生的原因，經(jīng)對(duì)資料分析，認(rèn)為引起礦震的主要因素為：

①多層堅(jiān)硬巖層斷裂乃至地表沉降引起礦震；

②工作面快速推進(jìn)或不均勻推進(jìn)導(dǎo)致巖層應(yīng)力來(lái)不及釋放而積聚，從而引起礦震乃至沖擊；

③63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，將引起“由近地表巨厚堅(jiān)硬巖層破斷規(guī)律”決定的礦震[3]。

3.5 工作面回采對(duì)礦震影響分析

63上04工作面從開始生產(chǎn)至2016年1月7日前，工作面及附近未出現(xiàn)礦震事件，1月7日以后逐漸有小能量礦震事件發(fā)生。經(jīng)分析，63上04工作面為六采區(qū)首采面，在工作面前期生產(chǎn)期間，采空區(qū)面積相對(duì)較小，采空區(qū)上方頂板未出現(xiàn)劇烈活動(dòng)，所以未出現(xiàn)大級(jí)別礦震事件，隨采空區(qū)面積增加，出現(xiàn)頂板活動(dòng)引發(fā)關(guān)鍵層活動(dòng)，產(chǎn)生大礦震事件[4]。

經(jīng)過(guò)對(duì)35次大礦震事件進(jìn)行統(tǒng)計(jì)，礦震發(fā)生前5天進(jìn)尺大多在30～36m，平均進(jìn)尺5.2m。在2月16日、18日，2月25日、27日及4月27日、29日，8月2日、3日工作面進(jìn)尺達(dá)到6～7m，連續(xù)出現(xiàn)大礦震事件，說(shuō)明短時(shí)間、高強(qiáng)度開采加劇采空區(qū)上方頂板活動(dòng)，引發(fā)關(guān)鍵巖層活動(dòng)，引發(fā)連續(xù)出現(xiàn)大礦震事件。

10月11日，工作面回采至1286.9m，工作面回采過(guò)程中先后揭露了LF12、LF16、LF17、LF18、LF13等斷層，受斷層切割影響，改變了頂板的破斷規(guī)律，在工作面回采期間，工作面老頂上方斷層附近的堅(jiān)硬巖層垮落，故10月15日、10月22日、10月26日、11月1日連續(xù)出現(xiàn)大級(jí)別礦震事件。

12月10日，63上04工作面回采結(jié)束，在初采階段采取了切實(shí)可行的沖擊地壓防治措施。在發(fā)生大級(jí)別礦震后，采取了工作面前方應(yīng)力監(jiān)測(cè)，加強(qiáng)工作面前方煤體鉆屑法監(jiān)測(cè)，加強(qiáng)防護(hù)措施落實(shí)等措施，確保了工作面安全回采。

4 礦震防治措施

根據(jù)以上對(duì)礦震發(fā)生規(guī)律和影響因素的分析，提出以下措施作為63上05與63上04工作面大能量礦震的主要防治措施：

①63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。

②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(zhǎng)度運(yùn)順不少于60m，軌順不少于120m。

③“見方”和“雙見方”影響區(qū)域存在發(fā)生大能量礦震可能性，加強(qiáng)井下雙見方區(qū)域防沖卸壓和超前支護(hù)的措施，嚴(yán)格人員和設(shè)備管理。加密施工雙“見方”區(qū)段沿空順槽預(yù)卸壓鉆孔[5]。

④回采期間繼續(xù)按照沖擊地壓進(jìn)行管理，現(xiàn)場(chǎng)嚴(yán)格按照沖擊地壓防治措施進(jìn)行落實(shí)。

⑤加強(qiáng)工作面回采期間礦震監(jiān)測(cè)，及時(shí)對(duì)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)進(jìn)行分析預(yù)測(cè)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)。

5 結(jié)論

①對(duì)東灘煤礦六采區(qū)63上05和63上04工作面回采期間礦震情況監(jiān)測(cè)分析，微震監(jiān)測(cè)表明回采期間以小能量微震事件為主，大能量微震僅占少部分，且大能量微震事件定位主要集中在上覆高位硬巖層內(nèi)。

②“SOS”微震監(jiān)測(cè)結(jié)果表明，“紅層”斷裂是導(dǎo)致大能量礦震發(fā)生的主要原因，根據(jù)大能量礦震的震源位置判定3上煤層上方90～180m的硬巖為主導(dǎo)礦震發(fā)生的關(guān)鍵巖層。

③大能量礦震發(fā)生往往具有一定的“見方”效應(yīng)，可據(jù)此作為防震防沖的依據(jù)?；夭伤俣炔痪夂蛿鄬佑绊懣蓪?dǎo)致大能量礦震頻發(fā)，勻慢速開采是減少大能量礦震發(fā)生的有效方法，大能量礦震發(fā)生后要加強(qiáng)工作面的鉆屑法檢測(cè)和實(shí)施必要的防震防沖措施，確保安全回采。

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