基于ARAMIS M_E监测系统的新河矿微震活动特征研究_李岩.pdf

基于 ARAMIS M/E 监测系统的新河矿微震活动特征研究 李岩1，魏焕伟2，武海滨3，王健3 1. 天地科技股份有限公司 开采设计事业部，北京 100013; 2. 内蒙古黄陶勒盖煤炭有限责任公司 巴彦高勒煤矿，内蒙古 鄂尔多斯 017300; 3. 山东能源肥城矿业集团有限责任公司 白庄煤矿，山东 肥城 271613 ［ 摘 要］通过采用微震监测系统对新河煤矿 530 采区煤岩活动情况进行监测，研究了地质构 造、顶板破裂高度、工作面推进速度及爆破与微震活动的关系，研究结果表明 新河煤矿微震事件多 集中于断层、褶曲轴部，微震活动受地质构造影响较大; 在 “见方”位置顶板破裂高度达到 90m，在 褶曲轴部，顶板破裂高度达到 110m; 工作面推进速度超过 4m/d 后，微震活动与推进速度呈明显的正 相关性; 在爆破作业后微震活动有明显变化，微震监测能够作为一种爆破卸压效果检验的手段。 ［ 关键词］微震; 地质构造; 推进速度; 爆破卸压 ［ 中图分类号］ TD324［ 文献标识码］ A［ 文章编号］ 1006- 6225 201705- 0078- 03 Study of Microseismic Features of Xinhe Coal Mine Based On ARAMIS M/E Monitoring System LI Yan1，WEI Huan- wei2，WU Hai- bin3，WANG Jian3 1. Coal Mining ＆ Designing Department，Tiandi Science ＆ Technology Co. ，Ltd. ，Beijing 100013，China; 2. Bayangaole Coal Mine，Inner Mongolia Huangtaolegai Coal Co. ，Ltd. ，Ordos 017300，China; 3. Shandong Feicheng Mine Industry Group Co. ，Ltd. ，Feicheng 271613，China Abstract Coal and rock movement of 530 mining area of Xinhe coal mine was monitored by microseismic system，then the relation- ship between geological structure，broken height of roof，advance speed of working face，blasting and microseismic movement were studied，the results showed that most of microseismic incidents appeared in fault，axial position of fold and microseismic movement was influenced more by geological structure，the broken height of roof reached 90m in‘jianfang’position，and it reached about 110m in fold axial position，when advance speed of working face exceeded 4m/d，obviously positive correlation property appeared between microseismic and advance speed，microseismic movement was different after blasting，microseismic monitoring was an effectively for unloading by blasting. Key words microseismic; geological structure; advance speed; unloading by blasting ［ 收稿日期］ 2017－04－27［ DOI］ 10. 13532/j. cnki. cn11－3677/td. 2017. 05. 020 ［ 基金项目］“十三五”国家重点研发计划项目 2016YFC0600708 ［ 作者简介］ 李岩 1988－ ，男，河南济源人，硕士，助理研究员，主要从事微震监测技术研究工作。 ［ 引用格式］ 李岩，魏焕伟，武海滨，等 . 基于 ARAMIS M/E 监测系统的新河矿微震活动特征研究 ［J］． 煤矿开采，2017， 22 5 78－80. 1矿井概况 新河煤矿开采深度达到 1km，煤层经鉴定具有 强冲击倾向性。矿井具备了发生冲击地压的条件， 开采过程中已经出现了明显的动力显现。随着开采 深度的增加，特别是巷道掘进工作面在地质构造复 杂地段施工过程中 ，“煤炮 ” 、“震动”等动力现象 日趋频繁，为了加强对冲击地压的监测和预警，新 河煤矿于 2015 年引入了 ARAMIS M/E 微震监测系 统。矿井目前回采的工作面为 5301 工作面，掘进 工作面为 5302 工作面的运输巷和回风巷。 2微震统计分析 自 2015 年 10 月 1 日至 12 月 18 日共监测到微 震事件 1741 个，其中新河矿井范围内有 1598 个微 震事件，唐口煤矿井田范围内有 143 个微震事件; 本文仅选取新河矿范围内的数据进行分析，微震事 件统计表见表 1。 表 1微震事件统计 工作面名称 各能量级微震事件数/个 101J102J103J104J合计 各工作面微震事 件能量总和/105J 53014912406337973. 40 53022412107225253. 50 其他区域1531022102761. 06 合计885552156515987. 96 由表 1 可见，其中 5301 工作面发生微震事件 797 次，占微震事件总数的 50;事件总能量为 3. 40105J，占总能量的 43; 5302 工作面发生微 震事件525 次，占微震事件总数的33，事件总能 量为 3. 50105J，占总能量的 44。以上数据表 明，矿井范围内微震事件主要发生于 5301 和 5302 87 第 22 卷 第 5 期 总第 138 期 2017 年 10 月 煤矿开采 COAL MINING TECHNOLOGY Vol. 22No. 5 Series No. 138 October2017 ChaoXing 工作面，矿井范围内的微震事件的发生主要是受采 掘活动的影响; 5301 工作面微震事件多但总能量 小，表明 5301 工作面微震事件主要以小能量微震 事件为主，5302 工作面微震事件平均能量高于 5301 工作面，引起以上差异的原因是向斜构造与 FF44 断层在 5302 工作面交汇，同时 5302 两个巷 道的掘进工作面在交汇区域进行掘进。统计数据表 明 530 采区地质构造对微震事件的影响较大，若 在地质构造区域进行掘进和回采作业时极易引发大 能量微震事件，增加冲击危险性。 3微震与地质构造关系 因微震事件较多，为方便分析，仅选取 103J 的微震事件进行平面分布分析。图 1 为 103J 以上 微震事件平面分布，图中圆点为 103J ～104J 能量 区间的微震事件 简称为 103J 事件 ，六角星为 104J～105J 能量区间的微震事件 简称为 104J 事 件 。由图 1 可见，微震事件在图中有 3 个集中区 域。 区域 1 该区域微震事件沿断层有明显的线性 分布，同时微震的线性分布处于工作面一次见方位 置。区域 2 该区域内微震事件沿向斜轴部分布， 且在该区域内存在 3 个 104J 事件，104J 事件在该 区域内分布于断层附近。区域 3 该区域内微震事 件集中处于向斜轴部与 FF44 交汇处。矿井范围内 的微震事件均分布在 FF37－38 断层右侧，并且沿 着 FF37－38 断层有线性分布的微震事件，表明该 断层对因采掘活动引起的煤岩体运动具有一定的阻 隔作用，其受采掘活动影响也存在一定的活化。 图 1103 J 以上事件分布 由以上 3 个微震事件密集区可见，矿井目前微 震事件的集中受褶曲与断层等构造的影响较大，在 回采工作面和掘进工作面靠近和经过褶曲轴部和断 层时，尤其是经过二者叠加区域时会引起大能量微 震事件的发生，冲击危险性会显著增加。 4微震与爆破活动关系 图 2 为 5301 工作面 11 月 28 日至 12 月 18 日 共 21d 的微震事件能量－频次变化图。该工作面 12 月 7 日开始在工作面前方 10m 处进行顶板爆破预 裂工作。由图 2 可见，爆破后的 12 月 8 日微震事 件增多，但当日总能量处于较低水平，表明预裂爆 破后降低了微震事件能量水平，使煤岩体内微破裂 更加发育。后期随工作面逐步靠近预裂爆破位置， 微震事件的能量和频次均呈现明显下降趋势，表明 12 月 7 日的预裂爆破卸压效果明显。微震事件能 量和频次分别在 12 月 13 日和 14 日达到最低值， 自 12 月 7 日至 12 月 14 日工作面共推进 26. 4m， 此时工作面推过爆破位置 16. 4m; 综上可知，此次 预裂爆破的解危范围约为爆破位置前后 15m。 图 2微震能量－频次 5微震与顶板破裂高度关系 经统计 5301 工作面顶板微震事件有 256 个， 其中能量大于 103J 的事件有 16 个; 煤层微震事件 有 48 个，其中能量大于 103J 的事件有 10 个，底 板微震事件有 120 个，其中能量大于 103J 的事件 有 7 个。顶板微震事件、煤层微震事件和底板微震 事 件 数 分 别 占 总 事 件 数 的 60. 4，11. 3， 28. 3，可见 5301 工作面微震事件主要以顶板微 震事件为主，微震事件的产生主要是顶板的断裂。 图 3 为 5301 工作面微震事件走向剖面图。微 震事件在图中有 4 个集中区。区域 A 位于工作面 切眼前方 40～50m 范围，为工作面初次来压位置， 12 月 7 日在该区域进行顶板预裂爆破。该区域内 103J 微震事件集中，且都处于顶板与煤层中，表明 该区域顶板破断现象明显。区域 B 位于工作面前 方 60～ 70m 范围，即工作面 “一次见方”处。区 域 C 位于工作面前方 120 ～ 140m 范围，即工作面 “二次见方”处。区域 D 位于工作面前方 270 ～ 97 李岩等 基于 ARAMIS M/E 监测系统的新河矿微震活动特征研究2017 年第 5 期 ChaoXing 320m 范围; 与图 1 对比可见，该区域为向斜轴部。 图 3 5301 工作面微震事件走向剖面 区域 B 和区域 C 均为工作面见方位置，两处 微震事件分布规律类似，见方位置煤层顶板以上 90m 处的岩层出现破断;由于区域 B 临近预裂爆 破位置，并且区域 B 处有一断层，致使该处煤岩 体裂隙发育，因此区域 B 所在位置 103J 微震事件 较少，且分布位置较低，均处于煤层或底板中; 而 区域 C 处因煤岩体相对完整，103J 微震事件位置 相对较高，位于煤层顶板以上 30m 处。 区域 D 因受向斜影响，与区域 B 和区域 C 微 震分布有所不同。该处微震事件分布走向长度约达 到 50m，微震事件最高位于煤层顶板以上 110m 处，微震事件分布的高度和宽度均大于 “见方” 时微震的分布范围，表明 5301 工作面内向斜等构 造对冲击地压的影响大于 “见方”的影响。 6微震与工作面推进度关系 图 4 为 5301 工作面微震事件频次和能量与工 作面推进速度关系图。工作面推进度处于 4m/d 以 下时，微震事件频次和能量与推进度相关性较差， 当推进速度高于 4m/d 时，微震事件频次和能量随 推进速度的增加而增加，表明当推进速度低于 4m/ d 时，5301 工作面的微震事件受推进速度影响较 小，推采速度对冲击危险性影响较小; 当推进速度 高于 4m/d 时，工作面微震事件受推进速度影响较 大，此时推进速度的变化将会成为影响工作面冲击 地压的主导因素之一。 7结论 15301 和 5302 工作面微震事件分布主要受 褶曲和断层的影响，在向斜轴部与断层交汇处更加 明显。5301 工作面范围内向斜等构造对冲击地压 的影响高于 “见方”对冲击地压的影响。在 5301 和 5302 工作面回采至向斜轴部或断层处时应关注 微震事件数量和能量变化，重点加强防冲管理。 图 4工作面微震事件频次和能量与推进速度关系 2微震活动表明，5301 工作面在 “见方” 位置顶板破裂高度达到 90m，而在褶曲轴部，顶板 破裂高度可达到 110m。 3微震监测数据表明，5301 工作面预裂爆 破卸压效果良好，卸压范围约为爆破位置前后 15m 范围内。 45301 工作面推采速度低于 4m/d 时，推 进度对冲击的发生影响较小，推进速度不是冲击发 生的主导因素; 推采速度高于 4m/d 时，微震与推 进速度呈明显的正相关，此时，推采速度将成为冲 击地压发生的主导因素之一。 ［ 参考文献］ ［ 1］ 潘俊锋，毛德兵，等 . 冲击地压启动理论与成套技术 ［M］． 徐州 中国矿业大学出版社，2016. ［ 2］ 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. ［ 3］ 窦林名，何雪秋 . 冲击地压防治理论与技术 ［M］． 徐州中 国矿业大学出版社，2001. ［ 4］ 毛德兵，陈法兵 . 采动影响下断层活化规律及其诱发冲击地 压的防治 ［J］． 煤矿开采，2013，18 1 73－76，65. ［ 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］ 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. ［ 7］ 夏永学，蓝航，毛德兵，等 . 基于微震监测的超前支承压 力分布特征研究 ［J］． 中国矿业大学学报，2011，40 6 868－872. ［责任编辑 潘俊锋］ 08 第 22 卷 第 5 期 总第 138 期 2017 年 10 月 煤矿开采 COAL MINING TECHNOLOGY Vol. 22No. 5 Series No. 138 October2017 ChaoXing