巨厚“紅層”影響下63上05強礦震活動規律

韓飛 石昌玉 張體蒙

摘 要：通過多角度對63上05工作面強礦震事件分析，找出了該工作面強礦震產生的原因：巨厚“紅層”運動，并從礦山壓力與巖層控制的角度，提出了相應的工作面強礦震防治措施，確保了工作面安全生產。

關鍵詞：強礦震；礦山壓力與巖層控制；防治措施

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2018.08.197

0 引言

在煤層開采過程中，其上覆堅硬巖層一旦破斷運動，將產生強烈的運動，從而引發強烈的沖擊現象[1]。由于硬厚巖層強度高、厚度大，破斷運動方式已由傳統的單工作面運動轉變為多工作面聯合運動，易誘發礦山動力災害，嚴重威脅煤礦安全生產。本文以63上05工作面為例，分析了巨厚“紅層”影響下工作面強礦震活動規律并根據強礦震活動特征，提出了相應的防治措施，取得了很好的效果，可為類似條件下工作面安全生產提供參考。

1 工作面概況

63上05工作面北鄰63上04采空區，南鄰63上06工作面（未開采）。工作面的兩順槽相互平行，北側的順槽作為軌順，南側的順槽作為運順，切眼運順側相對軌順側向西調斜15m，工作面設計軌順長1563.5m，運順長1579.5 m，平均走向長1571.5m，傾斜寬252.96m。工作面標高未-632.1m～-676.5m，平均-658.4m。煤層厚度4.30m～5.50m，平均5.06m，煤層普氏硬度f=2～3。

根據對63上05工作面附近補37、170、6D1、170四個鉆孔資料進行分析，3上煤層上方賦存有巨厚的“紅層”，紅層厚度由西南向東北方向逐漸變厚，紅層厚度235～536m。“紅層”距3上煤層的間距不等，在工作面開切眼附近運順側煤層距“紅層”約30m-40m，沿工作面回采方向煤層距“紅層”的間距逐漸增大。

掘進時，63上05工作面兩順槽采用錨網帶、錨索聯合支護。回采期間，63上05運順采用2組ZT44800/25/45型順槽支架配合單體支護頂板，支護距離不低于60m；軌順采用5組ZT115200/25/45型順槽支架配合單體支護頂板，支護距離不低于120m。

2 高能量礦震事件分析

（1）高能量礦震事件頻次分析。自工作面生產開始，63上05工作面及其周圍共監測到有效震動2480次，其中能量低于1×104J的礦震次數2155次，占震動總次數的86.90%；能量大于1×104J小于1×105J的震動事件223次，占震動總次數的8.99%；能量大于1×105J的礦震102次，占震動總次數的4.11%。

（2）高能量礦震事件位置分析。利用微震監測三維空間定位功能，采集震級2.0級以上的微震事件Z的坐標值，并繪制成圖，如圖2.1所示。

從圖2.1可以看出，高能量礦震事件，基本上發生在-500～-600標高范圍內，而此范圍的巖層恰好為3上煤層上方的“紅層”。將圖2.1中曲線進行線性回歸，可以發現，回歸方程成線性正相關關系。隨著工作面的推進，高能量礦震事件向煤層上方深部轉移，而63上05工作面沿回采方向距“紅層”的間距逐漸增大，因此，高能量礦震事件發生在“紅層”。

（3）經驗類比分析。根據對43上13、63上04工作面回采期間高能量礦震事件總結，工作面回采距“紅層”的距離由小變大時，大級別礦震事件發生增多。而63上05工作面沿回采方向，距紅層間距正處于由小變大區段，此種情況下也易發生大級別礦震事件。

同時，從“SOS”微震監測系統近幾年監測情況來看，兗州礦區賦存此種地質條件的鮑店煤礦十采區和南屯煤礦九采區安排采掘活動時，大礦震事件也是頻繁發生。進一步說明了，煤層上方巨厚“紅層”運動，是引發高能量礦震事件的根源。

（4）高能量礦震事件與“紅層”運動關系分析。依據巖梁的經典運動步距計算理論，“紅層”砂巖的極限破斷跨距[1]：

式中：h為“紅層”的厚度，取235m；為“紅層”砂巖抗拉強度，取9 MPa；為上覆載荷，取7.86MPa。可見63上04工作面回采過程中，由于工作面長度遠小于巖梁的極限跨距，此時“紅層”砂巖不會發生破斷運動。因此，當63上05工作面回采時，63上05工作面采空區與63上04采空區相貫通，此時“紅層”砂巖懸露跨度將逐漸超過其極限破斷跨距。當工作面推進到采空區形成見方區域時，“紅層”砂巖穩定性會顯著減弱，“紅層”易破斷失穩，因此，63上05工作面高能量礦震事件“見方”效應明顯。

3 強礦震防治措施

由第2節分析可知，高能量礦震事件發生在巨厚“紅層”位置且在63上05工作面見方區域集中，因此，巨厚“紅層”運動情況影響著63上05工作面高能量礦震事件的產生。從礦山壓力與巖層控制的角度，采取以下措施對63上05工作面強礦震進行防治，以確保工作面安全生產。

（1）63上05與63上04工作面采空區連通后，高位巖層將繼續向地表方向破裂，。由關鍵層理論可知，關鍵層的破斷將導致全部或局部上覆巖層的同步破斷，更易引起強烈礦震。因此，需加強工作面回采期間礦震監測，及時對監測數據進行分析預測預報，及時分析礦震發生規律，以指導工作面安全生產。

另一方面，需加強工作面前方巷道支護質量，保持巷道圍巖穩定，嚴格落實超前支護長度，運順不少于60m，軌順不少于120m。

（2）工作面快速推進或不均勻推進將導致巖層應力來不及釋放而積聚，從而引起礦震乃至沖擊，因此，63上05工作面正常回采期間，最大開采速度不大于6m/d且盡可能勻速開采。

4 結論

針對63上05工作面強礦震活動特征，下一步將繼續加強對工作面回采期間的礦震監測治理工作，嚴格落實措施，確保工作面安全生產。

參考文獻：

[1]趙科，張開智，王樹立.巨厚覆巖破斷運動與礦震活動規律研究[J].煤炭科學技術，2016，44（02）：118-122.