緩斜綜放工作面初放頂板活動規律分析

黃遠明

(新疆煤礦安全監察局,烏魯木齊 830000)

緩斜綜放工作面初放頂板活動規律分析

黃遠明

(新疆煤礦安全監察局,烏魯木齊 830000)

據對寬溝煤礦E1122工作面初放起期間電磁輻射以及微震監測系統的監測結果,分析了工作面圍巖破壞的空間范圍,得出了巖層破裂程度發展由低位巖層向高位巖層逐漸減弱。初次來壓期間,頂板活動加劇,并伴隨著高能量事件的釋放,當頂板發生斷裂后,巖層活動趨于平穩,微震能量和頻次開始降低,趨于穩定后逐步形成周期來壓的規律變化。通過對電磁輻射監測數據的分析,老頂來壓期間頂板活動及變化作用在煤體上,使煤體應力發生變化,而電磁輻射的能量及頻次與煤體的應力有關,煤體應力越大,電磁輻射的強度越高,電磁輻射及頻次的頻繁變化表征了老頂受力的變化,從而可判斷老頂來壓期間危險性。根據目前E1122綜放工作面的頂板活動強度及活動規律,可實現對頂板的可防可控。

放頂煤;初次來壓;頂板;電磁輻射;微震

綜放開采技術是厚煤層礦區開采技術的發展方向。自1982年以來,中國的綜放開采研究取得了大量成果,解決了厚及特厚煤層開采面臨的許多問題[1-7]。 大量理論研究和物理試驗已經證實煤巖變形破裂過程中會產生寬頻帶的電磁輻射信號,因此研究堅硬頂板—煤體—底板所構成的組合煤巖變形破裂電磁輻射規律對于預測預報煤巖動力災害具有重要的意義[8-9]。微地震監測技術是一種基于交叉學科的新技術,該技術采用震動定位原理,在監測區域周圍附近空間內布置多組檢波器實時采集因巖層破裂而產生的微震數據,經過數據處理和定位后,可確定發生破裂的位置,并在三維空間上顯示出來,該技術也日益成為監測因采動引起的巖層運動的最為有效的研究手段之一[10-12]。根據目前E1122綜放工作面的頂板活動強度及活動規律,煤礦可實現對頂板的可防可控。

1 工作面概況

E1122工作面傾斜長度200 m,可采走向長度1 642 m,采高3.2 m,放煤厚度6.3 m,工作面傾角平均13°,直接頂以泥巖、砂質泥巖和粉砂巖為主,平均8.19 m,飽和抗壓強度平均33.33 MPa,以易冒落的松軟頂板為主。底板以泥巖、砂質泥巖和粉砂巖為主,飽和抗壓強度平均39.73 MPa,底板穩定性差,較穩定。

2 電磁輻射監測數據分析

為掌握E1122工作面回采頂板初次放頂活動規律,圖1為工作面初放期間電磁輻射監測曲線,從圖1可以看出,2016年3月18日至3月21日,電磁輻射值低于60 mv,3月22日后,電磁輻射強度開始明顯變化,表明頂板壓力發生改變,煤體所受的壓力在變化?？梢?電磁輻射的能量及頻次與煤體的應力有關,煤體應力越大,電磁輻射的強度越高,電磁輻射及頻次的頻繁變化表征頂板巖層受力的變化。因此3月22日頂板發生較強的變化,根據綜合數據分析,為工作面初次來壓時期。

1-a 電磁輻射強度曲線

1-b 電磁輻射頻次曲線圖1 工作面初放期間電磁輻射監測曲線Fig.1 Monitoring curve of electromagnetic radiation during initial mining

3 微震監測頂板活動分析

3.1微震事件時空分布

初次放頂頂板在2016年3月19日至2016年3月25日微震事件空間分布圖見圖2-圖7(黑色為0-102J微震事件,綠色為103-104J微震事件,藍色為104-105J微震事件)。2016年3月19日,微震事件能量和頻次開始增多,且有4次方能量出現,傾向方向主要分布在工作面的中下部區域; 2016年3月22日,隨著巖層活動的加強,產生的事件次數達到最大,能量和為最強的時期;22日過后,工作面事件開始減弱,且事件向上端頭發展,正好符合工作面上部來壓滯后,但無4次方的能量發生,說明工作整體的來壓強度已過。通過對現場2月20至3月25日期間的寫實,工作面中下部煤體的微震事件明顯增多,工作面中下部煤壁在此期間“煤炮”、“片幫”較頻繁,監測與現場吻合性較好。

通過分析,得到微震事件空間分布規律:1)微震事件發生區域在工作面前方30 m范圍內,巖層發生破裂的最高層位為煤層頂板上方30 m ～40 m。2)微震事件集中區域在工作面下部25#-55#支架區域,位于巖層層位為煤層上方20 m ～ 30 m。巖層破裂程度發展由低位巖層向高位巖層逐漸減弱。3)微震事件首先由工作面下部50 m范圍(傾向)率先活動,主要是因為上部50 m煤柱的高應力影響,致使頂板在受采動的影響下,積聚彈性能發生釋放。但隨著工作面的推進微震事件向整個工作面轉移,主要是工作面進入全面的初次來壓。

2-a E1122工作面微震反演平面圖

2-b E1122工作面微震反演剖面圖圖2 2016年3月19日微震事件分布圖Fig.2 Microseismic events distribution on March 19, 2016

3-a E1122工作面微震反演平面圖

3-b E1122工作面微震反演剖面圖圖3 2016年3月20日微震事件分布圖Fig.3 Microseismic events distribution on March 20, 2016

4-a E1122工作面微震反演平面圖

4-b E1122工作面微震反演剖面圖圖4 2016年3月22日微震事件分布圖Fig.4 Microseismic events distribution on March 22, 2016

5-a E1122工作面微震反演平面圖

5-b E1122工作面微震反演剖面圖圖5 2016年3月23日微震事件分布圖Fig.5 Microseismic events distribution on March 23, 2016

6-a E1122工作面微震反演平面圖

6-b E1122工作面微震反演剖面圖圖6 2016年3月24日微震事件分布圖Fig.6 Microseismic events distribution on March 24, 2016

7-a E1122工作面微震反演平面圖

7-b E1122工作面微震反演剖面圖圖7 2016年3月25日微震事件分布圖Fig.7 Microseismic events distribution on March 25, 2016

3.2微震能量與頻次關系

2016年3月19日至2016年3月25日微震事件能量與頻次關系曲線圖見圖8。

E1122工作面初次來壓期間,微震能量與頻次呈上升趨勢,表明頂板來壓時頂板活動開始變的頻繁,當巖層發生斷裂時,產生高能量事件,從圖中可知, 3月22日高能量事件產生,能量和達到最大的時期,當發生頂板斷裂后,巖層活動區域平穩,微震能量和頻次開始降低。

圖8 微震能量與頻次關系曲線Fig.8 Relationship between Microseismic energy and frequency

4 結論

1)通過微震事件監測得到:初次來壓期間,頂板活動加劇,并伴隨著高能量事件的釋放,當頂板發生斷裂后,巖層活動區域平穩,微震能量和頻次開始降低,并趨于一個穩定的階段,逐步形成周期來壓的規律變化。

2)通過對電磁輻射監測數據的分析,老頂來壓期間頂板活動及變化作用在煤體上,使煤體應力發生變化,而電磁輻射的能量及頻次與煤體的應力有關,煤體應力越大,電磁輻射的強度越高,電磁輻射及頻次的頻繁變化表征了老頂受力的變化,從而可判斷老頂來壓期間危險性。

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InitialRoofActivitiesofInclinedFull-mechanizedCavingMiningFace

HUANGYuanming

(XinjiangCoalSafetySupervisionBureau,Urumqi830000,China)

Based on electromagnetic radiation and microseismic monitoring system, the failure range of surrounding rock shows that fracture decreases gradually from low to high rock strata on E1122 working face of Kuangou Mine during initial mining. During the first weighting, we observed intensified roof activities accompanied by the release of high-energy event. After roof breaking, the strata activities slowed down; the energy and frequency of the shock decreased and gradually formed stable cyclic weighting.On the analysis of electromagnetic radiation monitoring, activities and changes of main roof on coal body leads to the stress variation. The energy and frequency of the electromagnetic radiation correlates with the coal body stress; the more the stress is, the more intense the radiation is. In other words, the frequent variation of the electromagnetic radiation represents the force change of the old roof, so that it could be used to judge the risk during the main roof weighting. Therefore, the prevention and control for the roof could be realized based on the roof activity intensity and pattern.

top coal caving;first weighting;roof;electromagnetic radiation;microseismic

TD327.6

A

1672-5050(2017)02-0020-05

10.3919/j.cnki.issn1672-5050sxmt.2017.04.006

2017-03-11

黃遠明(1968-),男,四川綿陽人,本科,工程師,從事煤礦安全監察方面的工作。

(編輯:武曉平)