基于地震波CT技術煤層爆破卸壓效果檢驗

元永國

(遼源職業技術學院，吉林　遼源　136201)

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·試驗研究·

基于地震波CT技術煤層爆破卸壓效果檢驗

元永國

(遼源職業技術學院，吉林遼源136201)

龍家堡礦410工作面的采深已接近1 000 m，目前時常發生較為明顯的動力現象。為了降低沖擊地壓事故發生的概率，該礦采取了煤層爆破卸壓技術，但卸壓的效果還需要檢驗。采用地震波CT技術對煤層爆破效果進行檢驗，對該礦以后的煤層爆破卸壓具有積極的借鑒意義。

沖擊地壓；爆破卸壓；地震波CT技術

龍家堡礦410工作面的采深已接近1 000 m，目前時常發生較為明顯的動力現象。為了降低沖擊地壓事故發生的概率，該礦采取了煤層爆破卸壓技術，但卸壓的效果還需要檢驗。本次實驗的目的為單獨考察煤層爆破卸壓效果，因此，應盡可能減少爆破前后其它可變因素的干擾(如采動應力的變化、斷頂等其它常規卸壓措施的實施)。同時應考慮各種檢驗方法的可靠性，方案設計應便于實際工程的開展，并在達到檢驗效果的基礎上盡量減少工程量對正常生產的干擾。

1　PASAT-M探測系統布置方案設計

本次探測分兩輪進行，第一輪在實驗炮爆破前，第二輪在實驗炮爆破后。且第二輪實驗時激發端整體向遠離工作面方向移動1 m.

PASAT-M檢驗爆破卸壓效果方案布置圖見圖1.由圖1可知，激發端位于410工作面回風巷，采集端位于工作面運輸巷，二者之間通過信號線連接。為提高追蹤射線密度，獲得更高的探測精度，綜合考慮設備能力、探測目的以及工作面現場條件，道間距(探頭間距)設計15 m，每次激發有12道同時接收，炮間距(炮孔間距)為5 m，共激發23炮。爆破卸壓實驗位置位于激發點序列范圍內。卸壓觀測數據統計表見表1.

圖1　PASAT-M檢驗爆破卸壓效果方案布置圖

表1　卸壓觀測數據統計表

2　探測數據質量評價

2.1卸壓前探測數據

本次探測410回風巷走向范圍為115 m，起始點為距巷口102 m處，滿足對卸壓區域的覆蓋要求。爆破卸壓前實際觀測系統射線模擬效果圖見圖2.

圖2　實際觀測系統射線模擬效果圖(爆破卸壓前)

2.2卸壓后探測數據

卸壓后探測工作采用的相關參數與卸壓前保持一致，炮點位置整體遠離工作面移動1 m.本次探測410回風巷走向范圍為115 m，起始點為距巷口101 m處，滿足對卸壓區域的覆蓋要求。爆破卸壓后實際觀測系統射線模擬效果圖見圖3.

圖3　實際觀測系統射線模擬效果圖(爆破卸壓后)

2.3波形數據質量評價

從波形數據來看，本次實驗效果整體良好，數據總量、數量以及覆蓋區域達到了設計預期，為后期的數據處理分析和圖像反演提供了良好的數據基礎。爆破卸壓區域基本都被射線所覆蓋，并且密度較大。在震波接收側，由于道間距較大，410上巷邊緣區域存在較大面積的射線盲區，但該區域并不是本次探測所關注的重點區域。

3　數據分析與解釋

3.1卸壓前探測結果分析

卸壓前探測區域縱波波速異常系數分布圖見圖4，圖4中依次以白色到黑色，從小(淺)到大(深)來表示地震波縱波速度異常系數，探測區域內波速正異常系數最小為-0.15，最大為0.4.不同區域煤體的波速異常系數差別反映了不同的物理學特性。

圖4　探測區域縱波波速異常系數分布圖(卸壓前)

從圖4可明顯看出3個主要波速異常區，結合現場條件及相關礦壓理論可以有如下解釋：

1) 波速正異常區I：波速異常系數范圍為 0.07～0.25，為中等集中區。這是一沿煤層走向方向分布的高應力帶，即側向支承壓力帶。由于該地區附近主要是卸壓帶，因此，上部巖層壓力必然轉移至該地區，致使其應力增高。

2) 波速負異常區II：波速異常系數范圍為-0.15～0，屬于弱卸壓區。為一個貫穿整個工作面的條帶狀破碎區域，分布較為零散，破碎程度不同。在爆破卸壓后的反演波速CT切片中，這個特點顯現的一樣比較明顯。

3) 波速正異常區III：同I.

可見，爆破卸壓前探測范圍內的煤巖性質就已存在較大的差異性，尤其是巷道圍巖(煤)部分，這反應出了工作面煤體的真實狀態。該征象主要為煤巖層構成時自身的非均質性和后期的采掘擾動引發的。

3.2卸壓后探測成果分析

卸壓后探測區域縱波波速異常系數分布圖見圖5，圖5中同樣依次為白色到黑色，從小(淺)到大(深)來表示地震波縱波速度異常系數，探測區域內波速正異常系數最小為-0.3，最大為0.4.卸壓炮孔位置已在圖5中標出，可見，卸壓后的實際卸壓參數與波速異常區分布能夠比較好的吻合，異常區I、II、III分別對應24 m、20 m、16 m 3組卸壓爆破區域。

圖5　探測區域縱波波速異常系數分布圖(卸壓后)

1) 16 m組卸壓炮形成卸壓區，煤巖體應力沿煤層走向轉移至工作面端，卸壓區波速異常系數減小至-0.25～-0.15，低應力區較明顯降低，甚至波及到巷道表面，可能對巷道主動支護區產生較大影響。

2) 通過圖4和圖5對比可明顯看出，20 m組卸壓炮改變了該處的圍巖高應力狀態，上覆巖層壓力轉移到周邊更大范圍的地區，圍巖附近波速異常系數為-0. 3～-0.15，降低了沖擊地壓危險程度，說明該參數設置比較合理。

3) 24 m組卸壓炮同樣產生了一定范圍的卸壓區域，但是高應力異常區IV仍然存在，最大波速異常系數達0.4，這說明該組卸壓炮并沒有完全起到調整圍巖近區的高應力分布情況的作用。

4) 爆破后，相距5 m的鉆孔之間煤體能形成連續的低應力區，說明炮間距設計為5 m較為合理。

可見，爆破鉆孔的孔深并非越深越好，也不是越淺越好，為了達到既能降低高應力區的應力集中程度，又能避免巷道支護質量受到顯著影響，爆破孔深度應有一個合理的區間值。探測表明，采用20 m孔深和5 m孔距是相對合理的。

4　建　議

針對龍家堡煤礦目前嚴峻的防沖擊地壓形勢并結合上述分析，提出以下幾點建議：

1) 提高防沖工程質量，尤其要提高煤層爆破封孔質量，確保爆破效果和防止沖孔對巷道的破壞以及由此造成的安全隱患。

2) 煤層沖擊傾向性與注水時間有較大關系，應充分考慮注水效果的時間效應，建議進行煤的室內浸水實驗，根據浸水實驗結果確定注水超前時間，并結合超前支承壓力監測結果和推進度確定注水超前距離。

3) 目前，煤層卸壓爆破、大直徑卸壓和煤層注水已成為該礦沖擊地壓日常開展的例行工作，但措施實施存在較大的盲目性，對危險區域和危險時間不能做到動態預測，導致防治工作量大且效果不佳。建議配置地音監測系統和沖擊地壓應力在線監測系統，以實現對沖擊危險性的連續動態評價和預警，根據危險信息指導該礦開展解危工作和撤離人員。

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[3]周強,杜濤濤,王書文.深部高應力沖擊危險性厚煤層沖擊地壓防治技術[G]∥中國煤炭學會開采專業委員會2012年學術年會論文集.北京：中國煤炭學會開采專業委員會，2014:351-357.

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[5]李靜.煤礦沖擊地壓防治技術研究與應用[J].煤炭技術,2012(2):69-71.

Inspection of Coal Seam Blasting Destressing Effect Based on Seismic Wave CT Technology

YUAN Yongguo

The mining depth of 410 working face in Longjiapu coal mine is close to 1 000 m. At present it often occurs more obvious dynamical phenomenon. In order to reduce the probability of rock burst accident, the coal seam blasting destressing technology is took, but the blasting effect test is needed. Seismic wave CT technology is adopted to test the blasting effect of coal seam. It has a positive significance for the coal subsequent coal seam blasting destressing.

Rock burst; Blasting destressing; Seismic wave CT Technology

2016-02-02

元永國(1979—)，男，朝鮮族，吉林四平人， 2008年畢業于遼寧工程技術大學，副教授，主要從事采礦、通風安全教學研究工作(E-mail)502176104@qq.com

TD324

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1672-0652(2016)03-0040-03