深井特厚煤层综放工作面旋转调采期间微震活动规律研究

王元杰，刘金亮，陈法兵

(1.天地科技股份有限公司 开采设计事业部，北京 100013；2.煤炭科学研究总院 开采研究分院，北京 100013；3.新汶矿业集团有限责任公司 华丰煤矿，山东 泰安 271413)

深井特厚煤层综放工作面旋转调采期间微震活动规律研究

王元杰1，2，刘金亮3，陈法兵1，2

(1.天地科技股份有限公司 开采设计事业部，北京 100013；2.煤炭科学研究总院 开采研究分院，北京 100013；3.新汶矿业集团有限责任公司 华丰煤矿，山东 泰安 271413)

新巨龙矿井1303N综放工作面为旋转调采工作面，采用ARAMIS 微震监测系统对工作面推采期间的煤岩活动进行监测。通过对监测数据的分析得出了1303N工作面微震事件分布规律，研究表明工作面旋采期间能量释放较强烈，冲击地压危险性增大，旋采期间事件多集中在工作面旋转调采的内侧，工作面微震事件主要以顶板事件为主，顶板破裂高度在100m左右，底板破裂深度在40m左右。

深井特厚煤层；旋转调采；微震监测；冲击地压

受煤层地质条件和煤层走向方位的影响[1]，综放开采工作面通常设计成旋转开采工作面。采用旋转调采工作面布置，可以有效地减少资源浪费，降低安装搬家工作量[2]，节约人工材料成本，能够极大地提高资源回收率和矿井的效益[3]。新巨龙公司一采区1303N工作面布置为旋转开采工作面，为研究工作面回采期间尤其是旋转调采期间顶板的活动规律，提高顶板的管理水平，以及冲击地压的防治水平[4]，保障工作面旋转调采期间的安全，从波兰引进了支持全矿井范围内煤岩体破裂监测的ARAMIS 微震监测系统[5]，用于监测全矿井范围内的微震事件[6]。

1 工作面概况

1303N综放工作面为新巨龙矿井一采区第3个综放工作面，位于-810m水平一采进风上山以北，东为已开采完的1302N工作面，西为一采区防水煤柱，南为煤层分叉变薄区域，北为北风井工业广场保护煤柱。工作面走向长度1004m，倾斜长度264m，煤层厚度6～10m，平均8m，煤层倾角0～14°，平均6°，煤层坚固性系数1.59，煤层具有弱冲击倾向性，顶板具有中等冲击倾向性。工作面设计采高4.0m，采用走向长壁后退式综采放顶煤一次采全厚采煤法[7]，全部垮落法管理顶板。

2 工作面微震监测情况及分析

2.1 能量和频率与周期来压变化规律

1303N工作面在2014年10月份处于旋转调采期间，选取2014年9月份至12月份期间的微震事件进行统计分析， ARAMIS 微震监测系统共监测到微震事件845个，事件能量总计为6.26×106J，平均能量为7411J，其中单日最大事件个数为18，单日最大总能量为220912J，期间共推进522.9m，每米释放能量为11977J。

图1为1303N工作面微震事件能量、频次与工作面周期来压的统计曲线。

图1 1303N工作面频次能量曲线

图2为按月统计的能量和频次变化曲线。由图

可知，微震事件的发生具有明显的周期性，每隔10～15d会出现一次微震事件的高发期，比周期来压一般早1～2d，通过对微震活动性的分析，可以对工作面周期来压进行预测。10月23至10月30日工作面处在旋转调采期间，微震能量释放较为强烈，并在10～28d达到最大值。图1和图2表明在工作面旋采期间，顶板压力加大，煤体受压破坏和顶板受剪切破坏的频率增加，应加强工作面冲击地压的防治工作[8]。

图2 每月能量频次曲线

2.2 微震事件平面分布规律

图3为微震事件平面投影图。

由图3可知，9月份微震事件主要集中于下巷采空区侧。10月和11月份微震事件多发生在工作面旋转调采内侧附近的三角区域。12月份微震事件主要集中于1303N工作面下巷采空区侧。说明工作面正常推采期间，微震事件主要受采空区影响，事件多发生于工作面靠近采空区侧，期间应加强下巷的冲击地压防治工作，工作面在旋转调采期间，为达到工作面的旋转效果，上巷有时停止推进，让下巷保持推进，从而造成上巷的应力集中，事件多集中在工作面旋转调采的内侧，因此应加强内侧区域的冲击地压防治。

2.3 微震事件剖面分布规律

图4为工作面倾向的微震事件投影。如图4可知微震事件主要以顶板事件为主，表明1303N工作面顶板覆岩运动过程中产生的震动为工作面主要危险源，冲击地压解危措施应以顶板卸压为主。大部分震动事件都分布在距离煤层顶板100m的范围内，底板破裂深度在40m左右。

图4 1303N工作面微震事件倾向投影

2.4 微震能量释放与推进度关系

图5为工作面每米推进度的能量释放情况。工作面于10月21日至10月23日期间停采3d，造成能量的大量积聚，于10月24日能量集中释放，每米推进度的能量释放达到了最高值(139902J)，10月21日至10月23日期间积聚的能量到10月28日才释放完毕。11月和12月期间推进度较为均匀，能量得到有序释放。因此回采工作面匀速推进对防治冲击地压的发生是有利的，工作面开采期间推进速度突然变化等均有可能引发强烈震动[9]。

图5 工作面每米推进平均释放能量

图6为1303N工作面不同推进度情况下的工作面微震事件能量释放情况。由图6可知，回采工作面的推进速度与矿山震动之间存在着明显的关系，即工作面的推进速度越快，产生的矿山震动就越多。当推进度在4～5.6m之间时，能量释放值在105J以下。当推进度小于3.6m时，大能量事件增多，工作面冲击危险性升高。主要原因是工作面旋转调采期间，下巷推采速度高于上巷，且旋采期间两巷皆有停采现象，导致位于旋转调采内侧的上巷应力集中，大能量微震事件增多。

图6 工作面推进度与能量释放的关系

3 结 论

(1)工作面旋采期间，顶板压力加大，煤体受压破坏和顶板受剪切破坏的频率增加，表明该区段煤岩体活动剧烈，开采时应重点关注。

(2)工作面正常推采期间，微震事件主要受采空区影响，事件多发生于工作面靠近采空区侧，工作面在旋转调采期间，由于上巷的停采导致应力较为集中，上巷附近微震事件有明显的增加，应加强上巷的冲击地压防治工作。

(3)微震事件具有明显的周期性，每隔10～15d会出现一次微震事件的高发期，比周期来压一般早1～2d。通过对微震活动性的分析，可以对工作面周期来压进行预测。

(4)微震事件分布特征可以用于研究顶板运移规律，1303N工作面微震事件主要以顶板事件为主，大部分震动事件都分布在距离煤层顶板100m的范围内，底板破裂深度在40m左右。

(5)回采工作面匀速推进对防治冲击地压的发生是有利的，工作面开采期间推进速度突然变化等均有可能引发强烈震动。

[1]黄敬恩.复杂条件下不规则块段综采面调斜延长技术[J].煤矿开采，2014，19(4)：42-44.

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

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[8]王元杰，霍永金，张宗文，等.基于最小平方法的微震震级与能量关系研究[J].煤矿开采，2015，20(4)：104-106.

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[责任编辑：潘俊锋]

StudyofMicrosSeismicActivityRuleDuringFullyMechanizedWorkingFaceRotationMiningwithExtraThicknessCoalSeaminDeep

WANG Yuan-jie1,2，LIU Jin-liang3，CHEN Fa-bin1,2

(1.Coal Mining & Designing Department，Tiandi Science & Technology Co.，Ltd.，Beijing 100013，China；2.Mining Institute，China CoalResearch Institute，Beijing 100013，China；3.Huafeng Coal Mine，Xinwen Coal Mine Group Co.，Ltd.，Tai’an 271413，China)

The 1303N fully mechanized top coal caving working face of Xinjulong coal mine is rotation mining，then coal and rock mass movement during working face advancing was monitored by ARAMIS micro-seismic system.The distribution law of micro-seismic accidents of 1303N working face was put forward under monitoring data，the studying results showed that energy relaxed intensity during working face rotation mining，the rock burst increasing hazard was increasing，the accident almost appeared inside of rotation working face，the main working face micro-seismic accident was roof accident，and roof broken height was about 100m，roof broken depth was about 40m.

extra thickness coal seam in deep；rotation mining；micro-seismic monitoring；rock burst

TD324

A

1006-6225(2017)05-0089-03

2016-08-29

10.13532/j.cnki.cn11-3677/td.2017.05.023

国家重点研发计划(2017YFC0804204)；国家自然科学基金项目(51574149)；天地科技开采生产力转化基金(KJ-2015-TDKC-05)

王元杰(1983-)，男，山东泰安人，助理研究员，从事煤矿安全高效开采、冲击地压等方面的研究工作。

王元杰，刘金亮，陈法兵.深井特厚煤层综放工作面旋转调采期间微震活动规律研究[J].煤矿开采，2017，22(5)：89-91，70.