1、基于 微震监测系统复杂条件不规则煤柱对冲击地压影响邢万里，李望（中煤科工集团沈阳研究院有限公司，辽宁 抚顺；内蒙古科技大学矿业研究院，内蒙古 包头）摘 要：以靖远煤电王家山煤矿为研究背景，对现场不规则煤柱的实际受力情况进行分析。基于煤岩体破坏而受到的压剪和拉伸特征，运用 微震监测系统中的三维可视化方法呈现不规则煤柱影响区域的震动事件，分析复杂条件下构造应力区不规则煤柱区应力集中情况，探索采掘扰动对构造应力区不规则煤柱中的应力释放现象，探讨诱使冲击地压发生的影响因素。研究发现，掘进工作面推进到不规则煤柱影响区域后，内应力急剧增大，煤爆声骤然增加。当掘进工作面推进到煤柱应力集中区时顶板破断，震动显
2、现频率密集增多，不规则煤柱应力集中区域震动事件呈明显端头分布。关键词：不规则煤柱；三维可视化模拟；构造应力；冲击地压中图分类号：；文献标识码：文章编号：（）随着开采深度的不断扩大、开采强度的不断增加，矿井冲击地压及动力灾害日益增加，生产过程中灾害的表现形式越来越多，频次越来越高。近年来，以冲击地压为表现形式的地质动力灾害呈上升趋势，严重威胁矿井的安全生产，煤炭行业在我国能源使用中占比较大，其健康、稳定、安全、持续发展关系我国能源安全。据统计，截至 年 月全国共有冲击地压矿井 座，煤层埋深平均。其中，多处矿井达到或超过 采深，产能为 亿，占全国煤炭产量 以上。近期，发生较大的冲击地压灾害有 年的
3、沈阳焦煤红阳三矿、年的龙郓煤业冲击地压，这两起灾害造成了较大的财产损失及人员伤亡。冲击地压不仅会导致煤与瓦斯突出，还会诱发其他地质灾害，同时还会造成矿区地面建筑损坏。因此，冲击地压是矿井绿色、持续开采和矿区人民与环境和谐发展亟待解决的难题。学术界对煤矿冲击地压的机理和防治问题一直非常重视，年 月第 次香山科学会议、年国家自然科学基金委员会设立的重大项目“深部岩体力学基础研究与应用”、年国家科技部设立的国家重点基础研究计划（计划）、年全国防治煤矿冲击地压高端论坛等都把冲击地压问题作为重点进行探讨。年 月举办了第一届全国煤矿冲击地压防治学术大会，年 月在网上举办了第二届全国煤矿冲击地压防治学术大会
4、。但是，由于问题的复杂性，在冲击地压的发生机理及防治技术研究方面还有很长的路要走，仍需进行长期艰苦的探索和实践才能取得新的进展。工作面概况如图 所示，本文以靖远煤电王家山煤矿四号井东采区二号煤层东一 工作面为研究背景，二层煤具有弱冲击倾向性，顶板由平均厚 的泥岩和细砂岩组成，岩性较硬，容易形成悬顶，东一 工作面如图 所示，工作面上部处于东一 切眼下部，东一 切眼以东范围两个分段均未开采，形成悬臂梁的支撑区。随着东一 回风顺槽推进至煤柱影响区，此区域工作面（东一 采空区、东一 采空区和一号井 采空区）遗留煤柱不规则，并且错层交叉，应力分布不平衡，使应力不断重新分布。工作面上部由西向东发育的、两个
5、大断层，距离较近的有由南向北发育的两条断层，分别是 断层和 断层。图 东一 工作面周边示意图DOI:10.13487/ki.imce.022862图 东一 工作面煤层地质情况 微震监测系统布置方案为监测东一 工作面共布置、七个测点，微震监测系统主要由井下监测信号的拾振器探头、井上安装的信号记录器、信号采集站等组成。如图 可知，此系统相互配合形成一个完整的体系，能即时、连续、自动记录矿井的矿震事件，实现震动信号的可视化、记录震动事件的持续时间，并能进行分析、筛选、三维定位等。图 拾振器位置布置情况 微震监测结果及分析 矿震的时间分布特征如图 所示，东一 工作面震动频次变化曲线基本吻合能量释放曲线
6、，：、：两个时间段震动频度相对较高。东一 工作面早班（：）检修、中夜班（：、：）生产，对应图，：震动频度及释放的能量下降，：上升趋势与工作面破岩爆破顶煤弱化放炮有关，：以后各工作面正常生产，震动频次开始趋于上升，生产时矿震频度明显较检修时间多，能量释放也较检修时间大。（）东一 工作面矿震能量按 统计分布 （）东一 工作面矿震频次按 统计分布图 全矿工作面 月 日 月 日矿震能量、频次 统计分布 由表 和图 可知，从 月 日 月 日月震动事件及进尺情况，可以看出月进尺较大的月份震动次数较多。月由于工作面进入 断层和 断层影响区，震动事件多，说明采掘扰动、地质构造、顶板岩性与微震事件有密切关系。表
7、 工作面震动次数及月进尺月份震动次数（次）进尺（）图 全矿工作面 月 日 月 日单月进尺及震动次数 矿震事件空间分布规律东一 工作面开采活动引起的震源点的分布和变化规律如下：矿震事件平面分布如图、表 所示：震源集中区域随着工作面的推进向前移动，初期受工作面上部断层及不规则煤柱的影响，震源向上发展，工作面震动事件多集中在工作面上部的 正断层和 逆断层附近及不规则煤柱上方采空区，表明采掘扰动促使断层裂隙加大，进而采空区顶板冒落，引起震动事件。受采掘扰动影响，以上的震动事件从开采初期的断层附近，逐步转移到煤柱采空区一侧，由图（）可以看出 月未有进尺，工作面区域震动事件较少，表明采掘扰动对断层及采空区
8、的影响较大，且有一定滞后性。表 震动能量等级能量等级图例 由图 可以看出震动事件主要集中在工作面底板部位，随着工作面的推进，底板震动事件呈一条向下的直线延伸，并逐渐接近不规则煤柱下部。不规则煤柱一号井采空区一侧 震动事件也逐渐增多，说明煤柱内部的应力不断重新分布、集中，致使不规则煤柱底部区域小裂隙不断增大，能量不断释放，导致震动事件不断增多。（）工作面微震事件三维立体图 （）工作面微震事件三维立体图 （）工作面掘进微震事件三维立体图 （）月工作面未掘进微震事件三维立体图 图 微震事件三维立体图 结论 震动事件中小能量震动次数较多，在 以下震动事件占，反映顶板及煤岩体张裂、冒落，井筒煤柱及工作面
9、上方断层裂隙受张力破坏。由空间分布规律看出，工作面推进在底板形成一条密集震动事件，较大震动事件逐渐增多，说明应力不断释放，煤岩体中的裂隙逐渐增大，震动事件无限趋近于应力集中中心区域易诱发底板型冲击地压。急倾斜煤层水平分段工作面顶板垮落不充分，采空区内存在悬顶结构，采掘扰动活化断层，使悬顶破断形成上覆岩层运动，应力不断重新分布，易发生顶板型冲击地压。参考文献：田厚强郓城煤矿综放采场微地震与应力特征研究及应用安徽理工大学，吴拥政，付玉凯，何杰，等深部冲击地压巷道“卸压支护防护”协同防控原理与技术煤炭学报，（）：薛成春，曹安业，牛风卫，等深部不规则孤岛煤柱区冲击地压机理及防治采矿与安全工程学报，（）：朱斯陶，姜福兴，刘金海，等我国煤矿整体失稳型冲击地压类型、发生机理及防治煤炭学报，（）：柳铁孤岛工作面的应力分布及支护方案研究煤炭与化工，（）：作者简介：邢万里（），男，满族，辽宁鞍山人，硕士，助理工程师，从事煤矿安全研究工作。