东滩煤矿六采区大能量矿震发生规律分析

2020-09-02魏焕伟王光民

山东煤炭科技 2020年8期

魏焕伟李攀王光民

（兖矿集团煤矿冲击地压防治研究中心，山东邹城 273500）

1 东滩煤矿六采区概况

东滩井田地处邹城、兖州、曲阜三市区接壤地带，在地质构造上位于兖州向斜的核部和深部。六采区位于东滩井田南翼，采区北至工业广场保安煤柱和四采区边界，南到井田边界煤柱，与南屯煤矿毗邻，西至四采区边界，东至峄山断层煤柱。六采区目前回采3上煤，煤层平均厚5.2m。煤层上方存在一层厚度514～529m红色砂岩层，距煤层0～90m，自工作面切眼向停采线方向间距逐渐增大。该巨厚红层的运动是诱发大能量矿震的主要原因[1-2]。3上煤层经鉴定具有弱冲击倾向性，六采区地面标高平均+48.43m，井下标高-650m～ -750m，综合评价具有弱冲击危险。

东滩煤矿装备了SOS微震监测系统，用于矿井采动影响区域的监测。自2015年12月至今，六采区已采工作面有63上04、63上05、63上03工作面，目前正在推采63上06工作面。已开采的三个工作面累计发生2.0级以上矿震98次，大能量的矿震发生时地面建筑物和井下采掘工作面均震感明显[3]。因此分析六采区已采工作面的矿震发生规律，为接续工作面的安全开采及矿震防治提供参考。

2 六采区已采工作面矿震发生情况

63上04工作面共发生2.0级以上震动35次，占震动总次数的1.6%，最大级别矿震为2.71级，发生在采空区上方顶板，距工作面418.4m，距切眼36.3m。63上05工作面共发生2.0级以上震动55次，占震动总次数的0.7%，最大级别矿震为3.04级，发生在采空区上方180m高位顶板，距工作面465m，距切眼205m。63上03工作面共发生能量大于105J的震动19次，占震动总次数的2.6%，震级在2.0级以上的8次，最大级别矿震为2.41级，发生在采空区切眼附近，距工作面93m。

据统计分析，工作面附近以小能量事件为主，大能量事件主要发生在采空区后方70～220m、煤层上方60～220m的高位岩层中，其中最大级别震动发生在切眼附近或距切眼205m范围内。具体统计见表1。

表1 六采区已采工作面大能量矿震统计表

3 工作面开采期间大能量矿震平面位置分析

3.1 首次大能量矿震

六采区首采63上04工作面首次发生1.5级以上矿震（1.9级）时，工作面平均进尺53m；首次发生2.0级以上矿震（2.1级），工作面平均进尺135m。63上05工作面首次发生1.5级以上矿震（1.5级），工作面平均进尺50m；首次发生2.0级以上矿震（2.4级），工作面平均进尺255m。63上03工作面首次发生1.5级以上矿震（1.6级），工作面平均进尺57m；首次发生2.0级以上矿震，工作面平均进尺108m。

工作面推采50～57m（平均53m，即初次来压期间）时，首次发生1.5级以上矿震事件；工作面推采108～255m（平均166m）时，首次发生2.0级以上矿震事件。63上06工作面开采前采取低位断顶措施，初次来压期间未发生1.5级以上矿震。分析提前对关键层采取断顶措施，可有效减弱初次来压期间发生矿震的强度。首次发生2.0级矿震时，工作面平均进尺为108m，与已采工作面统计规律基本一致。

3.2 工作面后采空区

63上04工作面开采期间发生2.0级以上矿震35次，其中发生在采空区的矿震34次，发生在工作面前方或两侧顺槽附近的仅有1次，占比为2.9%，工作面平均进尺584m，属于采空区二次见方影响范围内。63上05、63上03工作面开采期间发生的2.0级以上矿震均位于工作面后采空区。

六采区工作面开采期间，大能量矿震发生在工作面后方采空区可能性较大，发生在工作面前方的可能性较小。

3.3 见方影响区

图1平面图中，63上04工作面开采期间共发生39个105J以上微震事件，其中：采空区一次见方范围内17个，占比43.6%；采空区二次见方范围内6个，占比15.4%；采空区三次见方范围内9个，占比23%；采空区三次见方以外区域7个，占比18%。

图2平面图中，63上05工作面开采期间共发生54个105J以上微震事件，其中：采空区一次见方范围内27个，占比50%；双采空区一次见方范围内9个，占比16.7%；双采空区二次见方范围内16个，占比29.6%；双采空区二次见方以外区域2个，占比3.7%。

图3平面图中，63上03工作面开采期间共发生19个105J以上微震事件，其中：采空区一次见方范围内14个，占比73.6%；双采空区一次见方范围内2个，占比为10.5%；三采空区一次见方范围内3个，占比15.8%；双采空区二次见方以外区域0个，占比为0%。63上03工作面在双采空区、三采空区见方位置发生大能量矿震次数较少，分析主要原因为矿井在该区域限制了工作面推采速度，日进尺不超过3m。

根据63上04、63上05和63上03工作面开采期间大能量矿震事件发生的平面位置分析可知，大能量矿震事件在单采空区一次见方发生的频次是最高的，平均占比为55.7%。即整个工作面开采期间，有一半以上的大能量矿震事件都将发生在单采空区见方范围内，其主要原因是煤层上方关键层的初次断裂都发生在开切眼附近。在双采空区一次见方、二次见方和三采空区一次见方范围内发生矿震次数次之，双采空区二次见方或三采空区见方范围之外发生的矿震次数较少。

4 工作面开采期间大能量矿震剖面位置分析

（1）63上04工作面

由图1可知，63上04工作面开采初期至876m时（采空区第三次见方），矿震事件的破裂高度逐渐增加，最大破裂高度位于煤层上方289m。在此范围内顶板破裂高度随着工作面开采逐渐增加，因此称该范围内矿震事件为初次断裂型矿震。此后随着工作面开采，顶板破裂高度进入平台期，矿震分布范围在各个高度均有，将这些矿震称为周期断裂型矿震。其中，初次断裂型矿震次数为32次，占比为82%，周期断裂型矿震次数为7次，占比为18%，最大能量矿震事件均位于初次断裂型矿震区域。

图1剖面中黑粗线下开切眼区域发生的矿震大部分都在2016年4月以前，黑粗线上方开切眼区域发生的矿震大部分都在2016年7～9月，该区域近三个月顶板破裂高度没有增加，说明上方区域存在一层厚硬矿震关键层，阻隔了工作面开采导致的顶板破裂高度的正常有序上升。

图1 63上04工作面回采期间105J以上大震动事件发生平剖面位置图

（2）63上05工作面

由图2可知，63上05工作面开采初期至712m时，矿震事件的破裂高度逐渐增加，最大破裂高度位于煤层上方196m。在此范围内矿震事件为初次断裂型矿震，此后矿震称为周期断裂型矿震。其中：初次断裂型矿震次数为38次，占比70%，周期断裂型矿震次数为16次，占比30%，且最大能量矿震事件均位于初次断裂型矿震区域。

图2 63上05工作面回采期间105J以上大震动事件发生平剖面位置图

（3）63上03工作面

由图3可知，63上03工作面开采初期至349m时，矿震事件的破裂高度逐渐增加，最大破裂高度位于煤层上方140m。在此范围内矿震事件为初次断裂型矿震，此后矿震称为周期断裂型矿震。其中：初次断裂型矿震次数为14次，占比为74%，周期断裂型矿震次数为5次，占比为26%，且最大能量矿震事件均位于初次断裂型矿震区域。

图3 63上03工作面回采期间105J以上大震动事件发生平剖面位置图

通过对比可知，63上04、63上05和63上03工作面开采期间以初次断裂型矿震为主，占总大能量矿震频次比例为75%，且顶板破裂高度最大和能量最大的矿震均发生在初次断裂型矿震范围内。通过63上03工作面矿震发生规律可知，降低工作面推采速度，初次断裂型矿震和周期断裂型矿震发生频次均大幅降低，但不能完全消除。