特厚冲击煤层回采速度与微震活动规律研究

汪宏伟，纵 峰，李 根，袁中帮，秦子晗

(1.陕西永陇能源开发建设有限责任公司，陕西 宝鸡 721000；2.天地科技股份有限公司 开采设计事业部，北京 100013)



特厚冲击煤层回采速度与微震活动规律研究

汪宏伟1，纵 峰1，李 根1，袁中帮1，秦子晗2

(1.陕西永陇能源开发建设有限责任公司，陕西 宝鸡 721000；2.天地科技股份有限公司 开采设计事业部，北京 100013)

为了确定合理的工作面回采速度，降低冲击地压的发生概率，针对崔木矿22302工作面回采过程的强动力显现，对工作面在不同推进阶段的微震事件与回采速度的影响关系进行了分析。研究结果表明，回采速度对微震事件的频次影响较为直接，但回采速度的变化对微震能量的释放影响最为明显，尤其是大能量微震事件的发生均集中在回采速度的剧烈变化期间，存在发生冲击地压的可能。

特厚冲击煤层；回采速度；微震事件；匀速推进

在综放开采过程中，对于具有强冲击倾向性的特厚煤层而言，由于采高大、推采速度快，造成开采扰动愈加强烈，大大增加了冲击地压发生的概率[1-3]。随着回采速度的增加，一方面上覆顶板及采场围岩带来强烈的扰动，另外也使得采空区顶板来不及垮断，容易出现大面积悬顶现象，一旦垮断将对工作面及巷道带来冲击性的破坏[4-5]。因此，对于特定煤层开采而言，回采速度往往成为控制开采扰动、降低冲击发生危险的关键生产技术手段。因此，如何确定合理的回采速度是当前冲击地压矿井面临的一个主要问题。本文以崔木煤矿22302工作面为工程实例，利用微震监测系统，对不同回采速度下工作面微震事件的发生规律进行分析，进而确定推进度的安全范围。

1 工作面概况

崔木煤矿矿井设计生产能力为4.00Mt/a，矿井服务年限60.0a。采用综采放顶煤走向长壁后退式开采，全部垮落法管理顶板。矿井主采3号煤层，由重庆煤科院出具的22盘区煤层冲击倾向性参数测试鉴定报告表明该煤层具有冲击倾向性。

22302工作面位于崔木矿22盘区，为22盘区首采工作面。工作面走向长约404m(切眼至设计停采线距离)，倾向长160m，埋藏深度650m，工作面回采范围内全煤厚为6.6～18.6m，平均可回采厚度约11m(不含底煤厚度)。直接顶板多为灰色-灰白色粉砂岩、细中粒砂岩，平均厚度约10.3m；基本顶多为灰白色粉粗砂岩-粉中砂岩，厚度3.7～22.6m。底板为灰-深灰色泥岩、灰褐色含铝质泥岩或含铝质粉～细砂岩，厚度3.6～4.3m。根据当前的微震台网布置，在22302工作面附近，主要有11号、10号、5号和9号微震探头，能够满足22302工作面回采期间的监测要求。工作面布置与微震监测如图1所示。

图1 22302微震探测布置方案

2 工作面推进度变化情况

根据22302工作面每天的进刀数进行统计，将22302工作面整个开采期间按照推进度的变化可大致分成4个阶段：第一阶段为低推进速度阶段，主要从7月23日至8月16日，期间为22302工作面的初采阶段，推进度均在4m以下，大部分时间不超过3m/d；第二阶段为推进速度变化阶段，时间从8月17日至9月4日，期间22302工作面回采速度最高达8.8m/d，最低2.4m/d，工作面推进度变化明显，上下波动较大；第三阶段为推进度稳定阶段，时间从9月5日至10月9日，该阶段除了9月23日至9月26日为停产期间，其他时间均保持6.4m/d的回采速度，近乎匀速推进；第四阶段为工作面末采期间，主要从10月10日至回采结束，受工作面收作影响，回采速度出现明显变化。

22302工作面自7月23日开始回采至10月17日结束，在此期间微震系统监测到的有效微震事件共计5894个，其中104J以上能量事件共计455次，105J以上的大能量事件共计12次。22302工作面在回采过程中，105J以上的能量事件对巷道围岩的破坏最为明显，主要表现为顶板整体下沉、底板瞬间底鼓，时而伴有锚杆锚索崩断、胶带机移位等情况出现。其中能量104J以上微震事件的分布如图2所示。

图2 微震事件分布

22302工作面开始回采后，微震事件在工作面范围内发生频繁，从平面分布情况来看，微震事件分布位置除了随工作面的推进而向前移动外，在风巷2F5测点到2F7测点之间出现了明显的微震事件集中现象。由于微震事件主要来自煤岩体在破裂过程中产生的能量释放，因此，对于微震事件的集中区域说明该位置煤岩体所承载的应力远高于其他地方，煤岩体受压破坏情况也较其他地方严重[6]。由此，根据微震事件的分布规律，可以对22302回采过程中的高应力区域进行判断，从而使得卸压工作更具有针对性。

3 微震活动与回采速度的影响关系

根据微震监测数据，在对微震事件与回采速度的影响规律研究中，将对其在不同阶段的分布情况进行分析。本文将工作面回采速度与微震事件的频次和能量分布绘制成曲线，如图3所示。根据推进度的变化情况，针对各个阶段进行分析。

图3 微震能量、频次与推进度关系曲线

(1)低推进度阶段 从图3可知，在工作面初采阶段，工作面推进度较低，微震事件主要表现为：微震事件的发生频次较低，每天的微震事件个数在30个以下；微震的发生能量处于较低的水平，但能量随着回采距离的增加在逐渐增大；初采期间发生2次105J以上的大能量事件，主要原因为初采破坏了原来的平衡状态并造成顶板的初次垮断。

(2)推进度变化阶段 22302工作面推进度变化较大，微震规律主要体现在3个方面：一是微震发生频次上表现为与推进度的正相关性，即推进度越大，频次越高；二是微震能量与推进度的正相关性较差，但受推进度的变化影响明显，在推进度忽然变化时，微震能量都有较为明显地增加；三在推进度明显变化阶段，大能量的微震事件发生频繁，期间能量在105J以上的微震事件发生了6次，占到了整个监测期间的60%。

(3)匀速推进阶段 推进速度基本保持在每天8刀的状态，此时微震的频次及能量变化受推进度的影响较小。从微震的频次及能量曲线上来看，该阶段的微震变化呈现一定的周期性，尤其是频次曲线的变化，其周期变化规律较为明显。在工作面匀速推进期间，未发生一起大能量的微震事件，采场围岩能量均得到了均匀释放。

(4)末采阶段 22302末采期间从10月11日开始不再放煤，回采速度突然增加，在接近停采线时，受铺网影响回采速度又迅速降低。在该阶段，微震能量出现了2次峰值，一次是在回采速度突然增加时，另一次是回采速度迅速降低后，此现象仍受回采速度变化影响。在末采阶段受工作面回采速度剧烈变化的影响，先后发生了2次大能量事件，一次位于采空区，另一次位于停采线附近。

通过上述4个阶段微震事件频次及能量变化情况，可看出微震事件受回采速度的影响较明显。

(1)微震频次与回采速度呈明显的正相关性，即回采速度越快，微震发生频次越多，回采速度越小，微震频次越低。

(2)微震能量的变化与频次不同，它与回采速度关联性不明显，但与回采速度的变化关系更为密切，尤其是当回采速度变化剧烈时，即突然增大时，微震能量会出现明显的增加。

(3)当回采速度出现剧烈变化时，即回采速度忽快忽慢时，更易导致大能量的微震事件发生，增加诱发冲击地压的危险。

(4)当回采速度变化较小或保持不变时，微震事件会呈现一定的周期性变化，而且每个周期微震事件的发生频次和能量基本保持稳定，同时大能量微震事件的发生也显著减少。

4 结 论

通过不同推进度的4个阶段的微震事件，尤其是大能量事件的分析，可以发现，与推进度的快慢相比，推进度的变化对冲击地压的影响更为直接。22302在保持6.4m/d推进度快速推进时，能量能够稳定释放，未发生造成冲击的大能量事件；而当推进度剧烈变化时，甚至推进度低于6.4m/d时，反而造成震动的大能量事件反复多次发生。因此，针对崔木煤矿当前条件，工作面保持6.4m/d的推进速度对冲击地压的影响有限，但必须保持匀速推进，切忌出现忽快忽慢，剧烈波动。

[1]齐庆新，窦林名.冲击地压理论与研究[M].徐州：中国矿业大学出版社，2008.

[2]潘俊锋，毛德兵，蓝 航，等.我国煤矿冲击地压防治技术研究现状及展望[J].煤炭科学技术，2013，41(6)：21-26.

[3]姜福兴，苗小虎，王存文，等.构造控制型冲击地压的微地震监测预警研究与实践[J].煤炭学报，2010，35(6)：900-903.

[4]秦忠诚，刘玉腾，王备备，等.深埋两硬综放开采冲击地压危险性分析与预测[J].煤炭技术，2016，35(4):1-3.

[5]王传朋.田陈煤矿冲击地压的微震活动规律研究[J].煤矿开采，2015，20(3)：97-100.

[6]陆菜平，窦林名，曹安业，等.深部高应力集中区域矿震活动规律研究[J].岩石力学与工程学报，2008，27(11)：2302-2308.

[7]郑凯凯.煤岩体发生冲击地压的能量分析[J].矿业装备，2015(10)：36-38.

[8]潘俊峰.半孤岛面全煤巷道底板冲击启动原理分析[J].煤炭学报，2012，36(S2)：332-338.

[9]付玉凯，解北京，王启飞.煤的动态力学本构模型[J].煤炭学报，2013，38(10)：1369-1774.

[责任编辑：潘俊锋]

Mining Speed of Extra Thick Impact Coal Seam and Micro-seismic Movement Law

WANG Hong-wei1，ZONG Feng1，LI Gen1，YUAN Zhong-bang1，QIN Zi-han2

(1.Shaanxi Yonglong Energy Development Construction Co.，Ltd.，Baoji 721000，China； 2.Coal Mining & Designing Department，Tiandi Science & Technology Co.，Ltd.，Beijing 100013，China)

In order to determine rational mining speed of working face and decrease rock burst occurrence probability，to the strong dynamic pressure appeared during mining process of 22302 working face in Cuimu coal mine，then the relation between micro-seismic incident in different advanced step of working face and mining speed was analyzed.The results showed that micro-seismic incidents frequency was influenced by mining speed immediately，mining speed variation was an obviously factor to micro-seismic energy relaxed，and some large energy micro-seismic incidents almost appeared the period of mining speed variation violently，the rock burst possibility would be improved.

extra thick impact coal seam；mining speed；micro-seismic incident；advanced with constant speed

2016-06-03

10.13532/j.cnki.cn11-3677/td.2016.06.021

国家自然科学基金资助项目(51574149)；天地科技股份有限公司开采设计事业部科技创新基金资助项目(KJ-2015-TDKC-11)

汪宏伟(1974-)，男，安徽歙县人，工程师，现任崔木煤矿总工程师，主要从事煤矿技术管理工作。

汪宏伟，纵 峰，李 根，等.特厚冲击煤层回采速度与微震活动规律研究[J].煤矿开采，2016，21(6)：74-76.

TD324

A

1006-6225(2016)06-0074-03