遗留煤柱影响区域微震活动规律研究

 摘要：遗留煤柱影响区域易形成应力叠加,煤柱下方工作面冲击危险性较正常回采期间一般有所升高。基于SOS微震监测系统监测桃山煤矿工作面通过煤柱影响区域的微震活动,分析了微震空间分布规律,能量、频次变化规律以及震动信号频谱特征。研究结果表明：（1）工作面过煤柱影响区域,震动能量、频次均有显著提高,强矿震发生在微震活动持续增强或急剧下降阶段;（2）冲击矿压主震信号较前兆信号有主频低,振幅大,速度快,衰减慢等特征。研究成果为评价煤柱影响区域冲击矿压危险性提供依据,具有一定的理论意义与实用价值。     

高构造应力下冲击地压微震时空特征与前兆

针对煤矿冲击地压的预测难题,利用微震监测数据,对华亭煤田250105工作面回采过程中微震事件能量与频次关系、空间分布特征进行分析,探讨该工作面冲击地压机制及前兆特征。研究表明:250105工作面冲击地压分布在工作面超前220 m范围内煤层和底板,在沿采空区煤柱侧分布较多,主要是由高水平构造应力与工作面超前支承压力和残余支承压力叠加引起坚硬煤层或底板破断所致。冲击地压前微震能量和频次存在着"峰值-降低-升高-冲击"的模式,对微震点空间分布进行主成分分析发现第一主分量与工作面推进方向一致,第一主分量方差贡献率大幅下降并低于55%可视为冲击地压发生前兆之一。     

巨厚坚硬顶板条件下断层诱冲特征及机制

为了揭示巨厚坚硬顶板条件下断层诱发冲击地压的前兆特征及诱冲机制,基于义马跃进煤矿25110工作面为研究对象,对某段时间内冲击现象的发生规律进行了归纳分析,针对断层诱发冲击地压的典型案例,结合微震监测数据,分析了冲击地压发生前的微震能量与频次及微震活动的时空规律,并采用数值模拟研究了采动影响下断层带附近应力场的分布特征,从地质构造、微震活动、应力场3个方面讨论了该工作面冲击地压发生的原因及机制。研究表明:巨厚坚硬顶板被F16逆断层及两正断层切割,易造成顶板大面积运动,为冲击地压的发生提供了动载条件;工作面发生冲击前微震能量与频次下降,断层带附近区域微震活动减少,有明显"缺震"现象,为冲击地压的发生积聚了能量;受采动、断层及相邻工作面采空区影响,25110工作面形成了高强度支承压力,断层带至下巷附近应力高度集中,尤其下巷底板存在较高的水平应力,为冲击地压的发生提供了力源条件。     

近直立煤层冲击地压微震监测前兆信息规律研究

以乌东煤矿近直立煤层+450水平B3+6综放面为工程背景,对冲击地压发生前的微震事件时空演化规律展开研究,旨在识别近直立煤层冲击地压前兆信息,建立了反映煤岩体能量释放异常程度的微震能量和频次偏差值指标,分析了冲击地压发生前微震能量、频次、偏差值及空间分布的演化规律。结果表明：冲击地压发生前,每日微震累计能量会剧烈波动并下降到一个较低值,微震频次则出现急升急降的变化,微震能量偏差值往往出现较高值,该值一般大于20,微震频次偏差值会经历一个峰值,该峰值大于0.8|微震事件在空间上向回采工作面集中,且大能量事件增多。研究结果对B3+6综放面及类似近直立煤层的冲击地压监测预警具有一定的借鉴意义。     

李雅庄煤矿微震信号类别及微震事件时空分析

为了能够给煤矿冲击地压危险性的预测预报提供理论依据,采用SOS微震监测系统对李雅庄煤矿2-610工作面附近煤岩体进行为期2个月的微震信号监测,综合微震信号能量、震中位置及震源垂直标高等信息分析了工作面微震信号类别,并深入研究了微震事件的时空分布规律。结果表明:2-610工作面断层活化的微震信号能量级别为105J,主频为30～55 Hz;采空区基本顶断裂及开切眼处顶板破裂的微震信号能量级别均为104J,主频前者为25～35 Hz,后者为45～70 Hz;采空区直接顶垮落的微震信号能量级别为103J,主频为25～45 Hz。在确定的生产空间中微震事件主要集中在位置变化不大的3个区域;微震频次主要受生产时间的影响,其随交接班后正常生产时间的增加有一个逐渐增加的过程,且存在一定的滞后。     

坚硬厚顶板煤柱型冲击地压防治技术研究#br# #br#

为了对坚硬厚顶板这种特定地质条件下的冲击地压防治技术进一步细化研究,分析了宽沟煤矿I010203工作面开采过程中上覆坚硬厚顶板冲击地压过程,提出了相应的防冲技术措施,并基于工作面卸压防冲前后微震事件时空变化规律对防治技术进行了效果检验,研究结果表明：B2煤层开采后上覆坚硬厚顶板易在I010203工作面采空区及相邻I010201采空区之间的煤柱区域产生悬顶,不但会造成煤体静载应力集中,而且造成能量积聚,从而产生大量动载,悬顶长度过长时会发生垮落、破断等强动载扰动,当动载荷和静载荷叠加超过临界值时便会造成冲击显现,煤柱集中静载和坚硬顶板破断动载是冲击地压主控因素。根据上述冲击地压分析结果,设计了顶板断顶预裂和煤体超前爆破两种卸压技术措施,并选取卸压前后稳定生产期间的微震事件进行卸压效果对比分析,卸压后微震日总能量和日总频次明显降低,103～104J以上微震事件明显减少且微震的空间分布较为分散,顶板附近微震事件明显减少,说明采取的卸压措施效果明显,可有效降低冲击危险性。     

浅埋冲击危险性加长工作面坚硬顶板控制研究

为实现冲击危险性加长工作面坚硬顶板的有效控制,采用支架压力监测、微震监测、数值模拟和综合指数评价的方法,开展加长工作面坚硬顶板条件矿压显现规律现场实测、煤柱上方顶板处理范围的数值计算以及工作面冲击地压危险评价,并进行了现场实践。研究表明,加长工作面具有中等冲击危险,坚硬顶板活动剧烈程度、应力变化、巷道变形具有区域性,在"单面见方"等区域,坚硬顶板岩层能量集中释放,巷道变形量大,煤柱应力集中程度高,确定了不同区域坚硬顶板处理范围,开展了超前深孔预裂爆破的现场实践,使坚硬顶板问题与冲击地压危险得到有效地控制。     

厚硬顶板冲击地压发生机理及防治实践

基于鄂尔多斯地区冲击地压矿井厚硬顶板加坚硬煤层的特征，对宽煤柱开采条件下冲击地压发生过程进行分析，揭示了该区域冲击地压是由厚硬顶板破断引起煤体高应力区动力系统失稳产生震动、激发应力波，应力波与塑性区煤体相互作用而产生的；以巴彦高勒煤矿为例，采用深孔爆破对巷道顶板进行卸压。结果表明：在未断顶区域，顶板发生极限破断引发大能量微震事件，能量释放集中在沿空巷侧，现场存在动压显现现象；在正常断顶区域，微震活动比较平稳，能量集中区未对巷道形成直接影响；工作面来压周期平均2.4 d，来压步距14.5 m，未出现持续性高强度来压；顶板观测孔裂隙发育良好，有效半径可达4 m。     

千米深井锯齿形断层煤柱群应力分布及微震活动规律*

上部遗留煤柱存在较高的应力集中，会导致下部工作面或巷道应力升高。对于形状不规则煤柱，应力分布更加复杂，从而使下方工作面过煤柱不同阶段的矿压显现规律不同。针对赵楼煤矿千米埋深7301强冲击危险工作面上部存在锯齿形断层煤柱群的实际情况，采用数值模拟和现场监测手段，研究了各煤柱对工作面应力集中的影响范围及工作面过煤柱群下方的微震活动规律。结果表明：①煤柱内应力峰值及煤柱与工作面相对位置是决定其对工作面影响范围和强度的重要因素，煤柱应力峰值较小及煤柱距工作面较远时均对工作面影响较小；②工作面回采接近煤柱边缘及煤柱交界处时，微震能量和频次均会达到峰值，相应微震大能量事件的振幅增加，主频降低，能量主要集中在低频区，此时工作面的冲击地压危险性最高；③根据震源定位及现场卸压情况，确定煤柱边缘及交界处是高应力集中区，需采取大直径钻孔卸压，以达到降低应力集中的目的。     

急倾斜深埋巨厚煤层掘巷冲击地压前兆特征及其灾害防治

随着冲击地压矿井逐渐向深开采,其巷道掘进伴随的冲击显现愈发强烈。针对巷道掘进过程中的冲击地压有效防治问题,以新疆乌东煤矿急倾斜煤层矿井为例,运用微震监测对巷道掘进的冲击地压时空前兆特征加以分析。结合巷道掘进的应力与能量变化数值模拟分析,揭示巷道掘进的冲击地压发生机理,提出急倾斜巨厚煤层巷道冲击地压防治策略,并完成现场工程实践验证。研究结果表明：急倾斜巨厚煤层巷道掘进的冲击地压发生前第2～5天出现微震总能量极低值,或存在至少4 d的能量潜伏期;冲击地压发生前5 d普遍存在3 d以上的最大能量占比高频波动期。冲击地压发生前存在明显缺震现象,发生位置集中分布在距离掘进工作面较近的微震能量极小值区间范围内,或位于微震能量极值区间附近的微震频次极小值区间范围内,且冲击地压事件位于冲击变形能指数较高区域。急倾斜巨厚煤层水平分段综放开采的坚硬覆岩结构不易破断,使得巷道掘进存在上水平采空区两侧“双翼型”应力集中,掘进工作面前方与巷道底部受顶底板岩层相互挤压的应力集中分布且能量积聚显著,随着巷道掘进深度增加其应力集中与能量积聚进一步增强,容易诱发冲击地压等动力灾害。综合分析形成急倾斜巨厚煤层巷道掘进的工...     

浅埋深坚硬顶板工作面冲击地压微震时空前兆信息特征

为提高冲击地压矿井现场防冲措施实施的针对性,以宽沟煤矿B2煤层I010203工作面为工程背景,研究其历次矿压显现事件发生前后的微震监测信息时空演化规律.结果表明:I010203工作面矿压显现事件震源位置受上层"刀把型"采空区边界影响,具有阶段性特征,且主要集中于工作面中下部、 区段煤柱和侧向采空区围岩,垂向上大多位于煤...     

向斜轴部附近微震活动规律及对冲击矿压的影响

根据波兰SOS微震监测系统所得到的微震数据,结合砚北煤矿250204工作面的实际情况,具体分析了向斜轴部附近的震源演化规律,得出结论：工作面回采期间,当工作面处于向斜轴部时,震源主要分布在煤层上侧,即微震事件主要发生在顶板附近;当回采工作面逐渐远离向斜轴部时,震源分布有向煤体下侧转移的趋势,即微震事件主要发生在底板附近。当向斜轴部和工作面见方2因素相叠加时,发生冲击的可能性明显增大。同时总结了向斜构造发生冲击矿压的能量频次规律,对生产实践起到重要作用。     

综采放顶煤工作面冲击地压微震事件分布规律研究

对耿村煤矿13230综放工作面冲击地压微震事件分布位置进行研究,结合该工作面地质构造、地表沉陷和侧向支承压力,对比分析该工作面10个月微震数据,得出以下规律:回风巷发生小能量事件总频次要大于运输巷,且小能量事件主要发生在回风巷以下15~70 m、直接底和煤层底部;大能量事件两巷均等分布,且大能量事件层位较高。总结了缓倾斜厚煤层综放开采微震事件发生位置,回采工作面运输巷是防冲的重点关注区域。研究为工作面安全回采提供了宝贵的经验。     

峻德煤矿倾斜煤层开采沿空侧巷道诱冲机理研究

针对峻德煤矿倾斜煤层开采期间沿空侧巷道冲击地压频发的问题,采用现场调研、微震监测、物理相似模拟和数值模拟相结合的方法开展了研究,结果表明:倾斜煤层工作面开采期间靠近沿空侧巷道的覆岩关键层更容易破断产生剧烈动载扰动;随着煤层倾角减小,沿空侧巷道煤柱帮应力集中程度减小,实体煤帮应力集中程度增大,应力集中由煤柱帮内向实体煤帮内转移;在动静载叠加作用下导致巷道两帮煤体失稳破坏诱发冲击地压,且不同倾角煤层冲击启动区域不同。研究结果对倾斜煤层工作面后续回采阶段卸压防冲工作具有一定的指导作用。     

冲击地压工作面危险区域治理方案

冲击地压灾害对煤矿安全生产及工作面作业人员生命安全造成了严重的威胁。为了对冲击地压工作面危险区域进行有效治理,以陕西某矿203工作面为工程研究背景,通过现场实测、理论分析等综合方法,确定了203工作面冲击地压强危险区域为"双面见方"的区域。根据203工作面回采中支承压力的动态分布特点,布置了PASAT-M型预警微震探测系统方案,并进行了效果检验,提出了203工作面危险区域超前深孔顶板预裂爆破技术处理顶板及工艺巷内施工煤层松动爆破孔处理煤层的双重治理方案。     

能量密度分析法在向斜构造区冲击地压防治中的应用

为了研究向斜构造区冲击地压特征及如何防治该类型冲击地压,本文以兴安煤矿典型向斜构造影响范围内的四水平1号工作面为研究对象,利用微震时空分布图和能量密度云图,研究了微震活动与冲击地压之间的关系。结果表明:冲击发生前微震的时空分布可直观反映微震事件的集中区域,但难以识别微震事件随时间的演化趋势;能量密度具有明显的成核特征,并在成核区周围有明显的扩展,直至成核区边缘发生强矿震。利用震波速度层析成像技术可有效识别向斜构造形成的高应力区,并对高应力区煤层实施大直径钻孔和深孔爆破措施,后续开采引起的微震活动证实了这些应力解除措施的有效性。     

基于震波CT探测的宽煤柱冲击地压防控技术

针对深井区段煤柱冲击地压易发、多发、难防治的难题,以某矿1301工作面80 m区段宽煤柱冲击地压为例,利用数值模拟及微震数据分析,研究了宽煤柱冲击地压致灾机制,采用震波CT原位探测技术评估了宽煤柱区域内冲击危险性,并提出针对性防治方案。结果表明:3号煤层具有弱冲击倾向性,顶板岩层具有强冲击倾向性,已具备发生冲击地压的内在条件,高自重应力、强构造应力提供了基础静载荷,采空区侧向支承压力提供了增量静载荷,当两者叠加导致垂直应力超过冲击临界支承压力时,为宽煤柱静载荷冲击地压的发生提供了力源条件;震波CT原位探测技术以穿透煤岩体的实际震动波射线进行波速反演,反映煤岩体静载荷分布特征及结构特性,建立了以波速异常系数CA和波速梯度系数CG为主要因子的冲击地压危险性评估模型;鉴于宽煤柱冲击区域采掘空间实际条件,设计布置近完全观测系统观测方式,采用震波CT原位探测技术反演评估得到宽煤柱测区内冲击危险指数C=0.5~0.7,表明冲击发生后,宽煤柱仍然存在静载荷集中区域,具有中等冲击危险,并且运输巷侧冲击危险指数较采空区侧高,表明煤柱应力由采空区侧向运输巷侧转移,局部区域煤体破碎易冒顶片帮;制定了基于静载荷疏导的多层次防冲技术:大直径钻孔预卸压转移巷帮集中应力,耗散弹性应变能,确定合理日进尺为2.4 m,降低开采扰动,巷道全断面补强支护,提高围岩抗冲击能力;通过上述措施,现场监测宽煤柱煤体应力未发生突增,微震能量及频次变化平缓,1301工作面已安全回采宽煤柱区,防治效果显著。     

深部复杂条件下多段强冲击综采工作面防冲技术应用

结合张双楼煤矿74102工作面的基本情况,通过整体定性、分段定级和综合评价的方法判定工作面冲击地压危险状态及各区段冲击地压危险程度,采用大直径预卸压、顶板深孔预裂爆破、煤层高压注水、煤层合成区底板卸压等综合防冲技术,经过微震系统监测数据分析和现场观测,该技术防冲效果较好。