巨厚“红层”影响下63上05强矿震活动规律

韩飞 石昌玉 张体蒙

摘 要：通过多角度对63上05工作面强矿震事件分析，找出了该工作面强矿震产生的原因：巨厚“红层”运动，并从矿山压力与岩层控制的角度，提出了相应的工作面强矿震防治措施，确保了工作面安全生产。

关键词：强矿震；矿山压力与岩层控制；防治措施

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2018.08.197

0 引言

在煤层开采过程中，其上覆坚硬岩层一旦破断运动，将产生强烈的运动，从而引发强烈的冲击现象[1]。由于硬厚岩层强度高、厚度大，破断运动方式已由传统的单工作面运动转变为多工作面联合运动，易诱发矿山动力灾害，严重威胁煤矿安全生产。本文以63上05工作面为例，分析了巨厚“红层”影响下工作面强矿震活动规律并根据强矿震活动特征，提出了相应的防治措施，取得了很好的效果，可为类似条件下工作面安全生产提供参考。

1 工作面概况

63上05工作面北邻63上04采空区，南邻63上06工作面（未开采）。工作面的两顺槽相互平行，北侧的顺槽作为轨顺，南侧的顺槽作为运顺，切眼运顺侧相对轨顺侧向西调斜15m，工作面设计轨顺长1563.5m，运顺长1579.5 m，平均走向长1571.5m，倾斜宽252.96m。工作面标高未-632.1m～-676.5m，平均-658.4m。煤层厚度4.30m～5.50m，平均5.06m，煤层普氏硬度f=2～3。

根据对63上05工作面附近补37、170、6D1、170四个钻孔资料进行分析，3上煤层上方赋存有巨厚的“红层”，红层厚度由西南向东北方向逐渐变厚，红层厚度235～536m。“红层”距3上煤层的间距不等，在工作面开切眼附近运顺侧煤层距“红层”约30m-40m，沿工作面回采方向煤层距“红层”的间距逐渐增大。

掘进时，63上05工作面两顺槽采用锚网带、锚索联合支护。回采期间，63上05运顺采用2组ZT44800/25/45型顺槽支架配合单体支护顶板，支护距离不低于60m；轨顺采用5组ZT115200/25/45型顺槽支架配合单体支护顶板，支护距离不低于120m。

2 高能量矿震事件分析

（1）高能量矿震事件频次分析。自工作面生产开始，63上05工作面及其周围共监测到有效震动2480次，其中能量低于1×104J的矿震次数2155次，占震动总次数的86.90%；能量大于1×104J小于1×105J的震动事件223次，占震动总次数的8.99%；能量大于1×105J的矿震102次，占震动总次数的4.11%。

（2）高能量矿震事件位置分析。利用微震监测三维空间定位功能，采集震级2.0级以上的微震事件Z的坐标值，并绘制成图，如图2.1所示。

从图2.1可以看出，高能量矿震事件，基本上发生在-500～-600标高范围内，而此范围的岩层恰好为3上煤层上方的“红层”。将图2.1中曲线进行线性回归，可以发现，回归方程成线性正相关关系。随着工作面的推进，高能量矿震事件向煤层上方深部转移，而63上05工作面沿回采方向距“红层”的间距逐渐增大，因此，高能量矿震事件发生在“红层”。

（3）经验类比分析。根据对43上13、63上04工作面回采期间高能量矿震事件总结，工作面回采距“红层”的距离由小变大时，大级别矿震事件发生增多。而63上05工作面沿回采方向，距红层间距正处于由小变大区段，此种情况下也易发生大级别矿震事件。

同时，从“SOS”微震监測系统近几年监测情况来看，兖州矿区赋存此种地质条件的鲍店煤矿十采区和南屯煤矿九采区安排采掘活动时，大矿震事件也是频繁发生。进一步说明了，煤层上方巨厚“红层”运动，是引发高能量矿震事件的根源。

（4）高能量矿震事件与“红层”运动关系分析。依据岩梁的经典运动步距计算理论，“红层”砂岩的极限破断跨距[1]：

式中：h为“红层”的厚度，取235m；为“红层”砂岩抗拉强度，取9 MPa；为上覆载荷，取7.86MPa。可见63上04工作面回采过程中，由于工作面长度远小于岩梁的极限跨距，此时“红层”砂岩不会发生破断运动。因此，当63上05工作面回采时，63上05工作面采空区与63上04采空区相贯通，此时“红层”砂岩悬露跨度将逐渐超过其极限破断跨距。当工作面推进到采空区形成见方区域时，“红层”砂岩稳定性会显著减弱，“红层”易破断失稳，因此，63上05工作面高能量矿震事件“见方”效应明显。

3 强矿震防治措施

由第2节分析可知，高能量矿震事件发生在巨厚“红层”位置且在63上05工作面见方区域集中，因此，巨厚“红层”运动情况影响着63上05工作面高能量矿震事件的产生。从矿山压力与岩层控制的角度，采取以下措施对63上05工作面强矿震进行防治，以确保工作面安全生产。

（1）63上05与63上04工作面采空区连通后，高位岩层将继续向地表方向破裂，。由关键层理论可知，关键层的破断将导致全部或局部上覆岩层的同步破断，更易引起强烈矿震。因此，需加强工作面回采期间矿震监测，及时对监测数据进行分析预测预报，及时分析矿震发生规律，以指导工作面安全生产。

另一方面，需加强工作面前方巷道支护质量，保持巷道围岩稳定，严格落实超前支护长度，运顺不少于60m，轨顺不少于120m。

（2）工作面快速推进或不均匀推进将导致岩层应力来不及释放而积聚，从而引起矿震乃至冲击，因此，63上05工作面正常回采期间，最大开采速度不大于6m/d且尽可能匀速开采。

4 结论

针对63上05工作面强矿震活动特征，下一步将继续加强对工作面回采期间的矿震监测治理工作，严格落实措施，确保工作面安全生产。

参考文献：

[1]赵科，张开智，王树立.巨厚覆岩破断运动与矿震活动规律研究[J].煤炭科学技术，2016，44（02）：118-122.