8502采区冲击地压微震监测与防治技术分析.pdf

2023年第3 期江西煤炭科技99.8502采区冲击地压微震监测与防治技术分析杨亚东（晋能控股煤业集团马脊梁矿地质测量部，山西大同0 3 7 0 0 1）摘要：针对大斗沟煤业冲击地压显现次数频率高，释放能量大导致巷道煤岩失稳问题，利用冲击地压微震监测法确定监测采区震动能量频次以及震动相对位置，基于此，采用柔性让压支护配合深孔开采卸压技术措施人工超前释放煤岩积聚能量，有效降低冲击地压显现次数频率和释放能量等级。关键词：冲击地压；微震监测；柔性让压支护；深孔卸压中图分类号：TD324(Geological Survey Dept.,Majiliang Colliery,Jinneng Holding Coal Industry Group,Datong,Shanxi 037001)Abstract:In view of the coal rock instability caused by high-frequency rock burst behavior and large energy release in DadouyanCoal Industry Co.,the author proposes the technical measures of flexible yielding support coordinated with deep-borehole pressurerelief to release the energy accumulation artificially by determining the seismic energy frequency and location through rock-burstmicroseism monitoring method,which can effectively reduce the rock burst behavior frequency and the energy release degree.Key words:rock burst;microseism monitoring;flexible yielding support;deep-borehole pressure relief1概况大斗沟煤业位于大同煤田向斜中段的东南翼，矿井地形中高四周低，最高标高+142 6.6 m，最低标高+119 0 m，矿区总面积约为6 3 km。8 50 2采区位于矿井西南侧，主采2#煤，煤层厚度约为2.12.8 m,煤层倾角2 6，采区内存在复式褶曲地质构造，沿走向发育有次级褶曲，向斜轴和背斜轴部南北向通过8 50 2 0 8 工作面，背斜轴向从北向南由155转向140，向南东倾伏。8 50 2 0 8 工作面走向长度150 4m，倾斜宽16 9m，采用综合机械化一次采全高工艺，全部垮落法管理顶板，日推进度约为3.6 m。在掘进工作面推进过程中,地质构造导致的高地应力和集中开采产生的集中应力对工作面巷道围岩稳定性产生较大威胁，一旦应力作用超过岩体极限强度，巷道岩体失稳会出现弹性变形能的瞬间释放，造成巷道变形甚至文献标识码：AAnalysis of Rock-burst Microseism Monitoring and Control in 8502 Mining AreaYang Yadong是聚集在巷道岩层和工作面煤岩中能量释放的结果，对冲击地压的监测能够确定监测采区震动能量频次以及震动相对位置3 2.1微震监测探测器布置方案大斗沟煤业选用波兰16 通道SOS微震监测系统对采区进行冲击地压监测预警。微震监测系统能够在宏观上确定采区内微震风险区域范围4,且能同时对8 50 2 采区8 50 2 0 8 工作面煤岩破裂及震动进行高精度定位，采区内微震监测探测器的布置如图1所示。650060005500550004500400035003000250002000150090001685008000750070006500文章编号：10 0 6-2 57 2（2 0 2 3)0 3-0 0 9 9-0 31312塌1。为此对8 50 2 采区冲击地压区域的震动能量频次和震动相对位置进行监测，为沿空掘巷支护工艺参数确定提供理论支撑，对保证8 50 2 采区安全开采具有重要意义。2冲击地压微震监测冲击地压具有瞬间释放、突发振动的特点2 ,6000550050004500400085020810图188502采区微震监测探测器的布置11100.2.2震动能量频次监测与分析选择采区内8 50 2 0 8 工作面进行开采过程中煤岩震动与破裂情况监测，监测到不同能量等级的震动次数占比如图2 所示。期间共监测到9412 次震动，震动能量集中在10 3 10 J之间，其中10 能量等级震动次数为48 9 次，占总震动次数的5.20%；10 J能量等级震动次数为4153 次，占总震动次数的44.12%10 5J能量等级震动次数为46 54次，占总震动次数的49.45%；10 J能量等级震动次数为116 次，占总震动次数的1.2 3%；可以看出10能量等级以上震动次数占比达到94.8 0%，说明850208工作面微震活动能量较大，煤岩不稳定。2.3震动监测结果根据震动监测结果，重点关注震动相对高程和顶底板破断平均高程，以分析确定震动能量集中区域。通过微震监测可以发现，冲击地压活动在工作面回采作业中最频繁，且具有明显的积聚过程,区域内一旦出现了强冲击地压,则在短期内仍具有高概率再次重复出现。在平面空间关系上，冲击地压主要发生在工作面前方和临近采空区侧位置，工作面超前支护以及沿空巷道支护效果对冲击地压具有明显影响。(1)震动相对高程震动位置不同，对煤岩影响也会不同，选择10J能量等级震动为对象，统计震动在煤层走向剖面相对高程，形成震动相对高程如图2 所示，分析回采过程中不同高程下震动对能量积聚的影响。200-150-100-500-50-100-150-020040060080010001200推进距离/m图2 不同推进距离10 5J能量等级震动相对高程通过图2 可以看出，10 J能量等级震动相对高程主要集中在顶底板土50 m范围内，且顶板震动发生次数比例远大于底板震动次数，还有部分震动延伸到了10 0 m以内，在顶底板10 0 m范围外的振动次数很少，基本可忽略不计。因此，可以认为该能量等级下的震动主要发生在顶底板50 m范围内，且重点集中在工作面顶板位置。通过对采区工江西煤炭科技作面岩层资料查阅，采区顶底板地质坚硬，该岩层性质能够积聚大量震动能量，因此发生冲击地压的风险很大。(2)震动顶底板岩层破断平均高度选择10 J能量等级震动为对象，统计震动所在顶底板岩层破断平均高度，形成煤层顶底板岩层破断高度如图3 所示。在工作面持续推进中，前期顶底板破断主要集中在2 0 45m范围内，后期主要集中在顶底板表面到2 0 m深度范围内，且破断明显，而深度超过45m的岩层基本不会出现破断现象。总体来看随着工作面推进，破断出现的平均高度在逐渐向顶底板表面移动，即逐渐向工作面逼近。60740200-40-60-十。200400600800100012001400160018002000推进距离/m图3 不同推进距离顶底板破断平均高程3冲击地压防治技术通过对大斗沟煤业8 50 2 采区微震监测发现，采区自身具有冲击地压现象，且明确了震动在顶底板的相对高程和破断平均高程的发展规律,对冲击地压的防治采用柔性让压支护配合深孔开采卸压措施的方式，避免冲击地压影响的同时增加沿空掘巷支护稳定性。3.1沿空掘巷巷道支护顶板支护：采用22mm的M24-L2800mm高强预应力锚杆，锚杆间距8 50 mm，排间距90 0 mm，在顶板与两帮交界处锚杆与垂向倾斜2 0 1400160018002023年第3 期顶板破断平均高程/m一底板破断平均高程/m30，以增强支护效果；采用22mm的119股高强度低松弛预应力让压锚索，锚杆五花式布置；铺设B950-L4550钢筋网，边界搭接不小于2 0 0 mm。两帮支护：锚杆类型与顶板锚杆相同，锚杆间距8 0 0 mm,排间距7 0 0 mm，在两帮与顶板交界处锚杆与垂向倾斜10 3 0，以增强支护效果；垂直帮补打17.8mm6500mm的帮锚索；同样铺设B950-L4550钢筋网，边界搭接不小于2 0 0 mm。底板支护：采用b22mm的M24-L2800mm高2023年第3 期强预应力锚杆，采用与水平方向10 3 0 角度进行支护。沿空掘巷巷道截面支护如图4所示。江西煤炭科技1#孔2#孔3#孔4#孔/1#孔101.老顶4#孔5#孔孔3#孔2030+20-3022502850150图4沿空掘巷巷道截面支护3.2深孔卸压措施由于采动影响，在采用柔性让压支护工艺基础上，进行深孔卸压措施，能够进一步降低冲击地压的显现程度。通过分析巷道顶板震动相对高程破断平均高程较底板更强，即顶板能量积聚程度较大,因此以巷道顶板为例,分析卸压措施。原理如图5所示，顶板硬质岩层结构积聚了大量能量，通过深孔爆破瞬间释放积聚能量5,并在顶板中制造裂隙，在回采过程中,顶板上覆岩层将沿爆破制造的裂隙方向回转下沉，防止顶板形成大面积悬顶结构，进而降低巷道两帮及顶板的应力集中,防止冲击地压事故。巷道顶板一定深度设置爆破点，通过爆破方式降低或切断采面与采空区的顶板地质联系，弱化顶板来压时强度和冲击6-7 ;而相对于顶板本身岩层，爆破会使围岩的塑性增强，积蓄的弹性能会被减弱,进一步增强卸压效果8-9回风顺槽运输顺槽图5顶板深孔卸压原理通过对8 50 2 0 8 工作面矿压规律监测，将卸压爆破范围确定为掘进工作面前3 50 m，爆破孔直径65mm，孔间距沿掘进方向为10 m，沿巷道方向为12m，钻孔方向与垂直面保持3 0 角度，爆破点采用串联连接，一次性正向起爆，爆破孔装设2 岩石乳胶炸药。钻孔布置面如图6 所示。15085045004800850直接顶，850老顶煤体运输顺槽008图6 8 50 2 0 8 工作面顶板爆破孔剖面0084应用效果大斗沟煤业于2 0 19 年4月采用了柔性让压支护配合深孔开采卸压措施的技术来避免冲击地压影响，通过对比技术应用前后监测的冲击地压显现情况，来验证该防治冲击地压技术有效性。下表为2 0 16 2 0 2 1年大斗沟煤业记录的冲击地压显现情况与巷道破坏情况统计表，可以看出采用柔性让压支护与卸压技术后，冲击地压显现次数、能量释放量级以及巷道破坏长度均有大幅度下降，表明防治技术有效可行，如表1所示。表1大斗沟煤业8 50 2 采区冲击地压显现情况与巷道破坏情况统计年份冲击地压显现次数10J20161820172620182220191420208202165结语针对大斗沟煤业冲击地压显现频次高导致巷道煤岩不稳定的实际情况，通过冲击地压微震监测法探明冲击矿压能量释放特点，分析了震动相对高程和顶底板破断平均高程，确定重点防治区域，根据监测分析结果，选择采用柔性让压支护配合深孔开采卸压技术措施，在掘进工作面前3 50 m处进行煤岩积聚能量人工超前释放，以降低冲击地压显现风险。经过近6 年来防治技术应用前后8502采区冲击地压显现情况与巷道破坏情况对比，措施防治效果明显。参考文献：煤柱煤体材料顺槽能量次数巷道破坏10J1052841146372515109长度/m719293131000(下转10 7 页）411237614.07231562.08821032023年第3 期图3 所示。从图中可以看出，在采用注浆加固后，巷道围岩变形量随着巷道的掘进逐渐趋于稳定，顶板下沉量最大达到13 5mm，两帮变形量最大达到168mm；根据现场巷道变形情况，架棚后棚梁基本未出现弯曲现象，巷道掘进过程中未出现片帮现象，表明采用注浆加固煤体后，巷道围岩稳定性明显改善。5结论1)在上层煤开采及巷道掘进双重动压影响下，下层煤煤体破碎程度较高，松动圈范围增大导致巷道围岩稳定性较差；48 7 0 9 工作面巷道围岩破碎区在0 3 m范围内;采用注浆加固技术,可对围岩内部节理裂隙以及空洞填充，提高围岩完整性以及结构承载能力。2)拟定48 7 0 9工作面巷道掘进注浆加固方案，并在现场进行了实践，巷道共施工450 m，注浆约2100个钻孔，注浆量43 2 t；对巷道围岩进行监测，其中顶板下沉量最大为13 5mm，两帮变形量最大(上接10 1页)1王浩,殷海晨.煤矿冲击地压智能管控平台开发与应用J.山东煤炭科技，2 0 2 2,40（5)：2 10-2 12,2 16.2乔建永，王志强，罗健侨，等.基于贝叶斯神经网络的冲击地压预测与影响因素权重分析J.北京：中国矿业，2022,31(5):1-17.3任建喜，易归,贾龚杰，等.孤岛面顺槽顶板走向爆破效果微震监测技术研究J.哈尔滨：煤炭技术，2 0 2 2,41(5):77-81.4李祖估.采煤工作面过地质构造带期间冲击地压防治技术研究J.山西冶金，2 0 2 2,45（2)：3 0 7-3 0 8,3 2 2.5曹安业，陈凡,刘耀琪，等.冲击地压频发区矿震破裂机制与震源参量响应规律J.北京：煤炭学报，2 0 2 2，47(2):722-733.6张修峰，孔令海.鄂尔多斯深孔典型煤矿冲击地压发生机制与防治实践J北京：煤炭工程，2 0 2 2,54(2)：(上接10 4 页)卸压工程实践J.江西煤炭科技，2 0 2 2（3）：3 1-3 3.3相林昊.辛置煤矿厚煤层开采留小煤柱宽度实践J.江西煤炭科技，2 0 2 2(3)：9-6 2.4石振文，高海涛,齐伟明，等.沿空切顶留巷围岩变形规律分析J.哈尔滨：煤炭技术，2 0 2 2,41（7)：3 3-3 6.5王海瑞.近距离倾斜煤层群上保护层开采对沿空留巷的影响研究J.抚顺：煤矿安全，2 0 2 2 53（6）：2 2 7-2 3 5.6张智强，赵浩亮，曹新云.特厚煤层小煤柱加固及双柔模墙留巷支护设计研究J.北京：煤炭工程，2 0 2 2,54(6):46-51.7王平，曾梓龙，孙广京，等.深井研石充填工作面沿空留江西煤炭科技为16 8 mm；注浆后巷道围岩稳定性明显改善。参考文献：1马新世，弓培林，李超.深部大断面巷道围岩注浆加固技术研究与应用J.重庆：矿业安全与环保，2 0 2 1,48(3):62-67.2林元俊，韩立军.软岩巷道注浆扩散及松动圈加固数值模拟J.哈尔滨：煤炭技术，2 0 2 0,3 9（8）：4.3】弓伟.注浆加固技术在断层构造区巷道加固的应用J.山东煤炭科技，2 0 2 0(7)：3.4】樊建明.大采高工作面复用巷道注浆加固工艺研究J山西焦煤科技，2 0 19,43(8)：4.5王金平，周宏，黎劲东，等.复合软岩淋水顶板及底鼓巷道锚注一体化支护技术研究J.哈尔滨：煤炭技术，2022,41(7):4.作者简介：薛艳军（197 8 一），男，山西临县人，本科学历，采煤工程师，现从事煤矿安全管理工作。收稿日期：2 0 2 2-0 9-0 593-97.7张国华，陈栋，林松.耿村煤矿微震信号时频特征及冲击地压前兆特征研究J.常州：工矿自动化，2 0 2 1,47(12):87-92,97.8张忠温，赵雷，韩刚.冲击地压矿井合理回采速度的确定方法研究J.北京：煤炭科学技术，2 0 2 149（12)：67-74.9沈伟.厚硬顶板开采条件下不同采动空间致冲规律探究J.山东煤炭科技,2 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