微震監(jiān)測(cè)在沖擊地壓礦井對(duì)高位厚硬礫巖層下兩帶破壞高度的驗(yàn)證分析

孫偉 程剛　陳西東

摘要：采用全部垮落法控制頂板，采空區(qū)覆巖巖層要發(fā)生變形和破壞，形成明顯的“三帶”形態(tài)，其中垮落帶和裂隙帶發(fā)育高度對(duì)于沖擊地壓礦井的安全開采具有重要意義。滕東煤礦作為最大采深達(dá)980米的沖擊地壓礦井，利用微震監(jiān)測(cè)法有效驗(yàn)證礫巖關(guān)鍵層下采區(qū)垮落帶和裂隙帶“兩帶”發(fā)育高度情況，促進(jìn)了礦井沖擊地壓治理的有效開展。

關(guān)鍵詞：沖擊地壓；高位礫巖；微震監(jiān)測(cè)；“兩帶”高度驗(yàn)證

1滕東煤礦概況

滕東煤礦首采區(qū)主采的3下煤層平均厚度5.3m；煤層傾向NE，傾角平均8°；煤層向上頂板巖層依次為7.3米處厚14.76米細(xì)砂巖、38.5米處厚17.48米細(xì)-中砂巖、90米處厚70米礫巖，礫巖層為礦井主關(guān)鍵層，其穩(wěn)定性將影響采場(chǎng)礦壓分布、地表沉陷和沖擊地壓治理，失穩(wěn)情況下有誘發(fā)礦震的可能，對(duì)采空區(qū)上覆巖層垮落帶和裂隙帶的發(fā)育高度進(jìn)行分析和研究，以了解礫巖層的活動(dòng)規(guī)律，對(duì)礦井實(shí)現(xiàn)防沖安全至關(guān)重要。

2“兩帶”高度影響因素分析

采用全部垮落法控制頂板，采空區(qū)上覆巖層發(fā)生變形和破壞，從下往上形成明顯的垮落帶、裂隙帶和彎曲下沉帶形態(tài)。其中垮落帶和裂隙帶（簡(jiǎn)稱“兩帶”）發(fā)育高度是安全開采的關(guān)鍵。因此在工作面開采之前，需對(duì)相應(yīng)開采條件下的裂隙帶和垮落帶高度進(jìn)行預(yù)計(jì)。

“兩帶”發(fā)育高度的因素包括累計(jì)采厚、覆巖硬度、采空區(qū)面積、頂板管理方法、煤層賦存狀態(tài)等，一般情況下最主要的影響因素是累計(jì)采厚和覆巖硬度。

（1）采厚和工作面參數(shù)。采厚和工作面參數(shù)是造成覆巖破壞的根本因素，而工作面參數(shù)卻是在覆巖不充分采動(dòng)的條件下起作用。當(dāng)工作面走向和傾斜方向的長(zhǎng)度都達(dá)到覆巖充分采動(dòng)條件時(shí)，就基本上不起作用了。

（2）采煤方法和頂板管理方法。采煤方法和頂板管理方法是控制覆巖破壞最大高度的重要影響因素。特別是頂板管理方法，它決定著覆巖破壞的基本特征和最大高度。

（3）據(jù)煤礦工程地質(zhì)與巖石力學(xué)基礎(chǔ)理論，釆空區(qū)頂板巖層的強(qiáng)度不同，其采后頂板巖體應(yīng)力重新分布變形和破裂范圍也不同；“三下”規(guī)程和“礦井水文地質(zhì)規(guī)程”中根據(jù)頂板單軸抗壓強(qiáng)度大小分為軟弱、中硬、堅(jiān)硬頂板類型。滕東煤礦頂板巖層為中硬巖層。

（4）頂板巖層結(jié)構(gòu)類型。實(shí)踐表明，頂板巖體軟弱破碎釆動(dòng)破裂高度發(fā)育相對(duì)小，堅(jiān)硬完整頂板巖體采動(dòng)破裂高度相對(duì)大。滕東煤礦頂板為中硬完整砂巖，且有厚硬礫巖關(guān)鍵層，影響明顯。

（5）煤層的賦存狀態(tài)。煤層的賦存狀態(tài)，主要是指煤層的傾角，它對(duì)覆巖破壞高度的影響也是十分顯著的。隨著所采煤層傾角的不同，覆巖破壞的發(fā)展過(guò)程、破壞范圍的分布形態(tài)、最大高度等主要特征都會(huì)發(fā)生變化。由于滕東煤礦3下煤層傾角平均8°一般較小，對(duì)于裂隙帶高度及形態(tài)的變化影響不大，可以不加考慮。

（6）地質(zhì)構(gòu)造。根據(jù)斷層與釆空區(qū)的位置關(guān)系和斷層帶的動(dòng)壓情況，裂隙帶最大高度及破壞特征，有斷層構(gòu)造與無(wú)地質(zhì)構(gòu)造地區(qū)相比，破壞程度不同。當(dāng)斷層位于正常的裂隙帶范圍內(nèi)，其變化不大，但對(duì)裂隙帶內(nèi)巖層的破壞程度可能加劇，煤炮釋放微震事件增多；當(dāng)其位于裂隙帶以外，裂隙帶范圍可能擴(kuò)大，對(duì)于垮落帶和裂隙帶內(nèi)巖層

3“兩帶”高度計(jì)算

3.1理論計(jì)算

根據(jù)“兩帶”發(fā)育高度預(yù)計(jì)經(jīng)驗(yàn)公式，考慮破壞高度的影響因素，采用回歸方法得到綜放工作面覆巖“兩帶”計(jì)算經(jīng)驗(yàn)公式（M為煤層平均厚度），滕東煤礦3下煤層按平均采厚5.3m、覆巖按中硬巖層考慮計(jì)算，得：

（1）垮落帶公式計(jì)算高度：

（2）裂隙帶公式計(jì)算高度：

3.2基于微震監(jiān)測(cè)的“兩帶”高度確定

依據(jù)微震事件在巖層層位的分布集中度，可驗(yàn)證上覆巖層“兩帶”預(yù)計(jì)高度，上覆巖層經(jīng)歷“裂隙產(chǎn)生—裂隙擴(kuò)展—巖層斷裂—巖層垮冒”的過(guò)程，是自下而上分層垮落。因此，“兩帶”巖層發(fā)育的每個(gè)過(guò)程均伴隨著微震事件的產(chǎn)生，且微震事件分布與集中度不同。

下面取2016年10月-11月3下103工作面回采期間的圍巖事件進(jìn)行分析，微震事件傾向剖面分布如圖所示。上覆細(xì)及細(xì)-中砂巖產(chǎn)生的微震事件集中度高，容易判定位于垮落帶。位于煤層上方90m處的礫巖及以下區(qū)域微震事件集中度明顯減少，工作面上部事件集中與工作面下部微震事件分布具有明顯的分布界限。礫巖層的低位巖層分布少許的微震事件，表明礫巖的低位巖層也發(fā)生了破裂變形。

（1）垮落帶巖層“裂隙產(chǎn)生—裂隙擴(kuò)展—巖層斷裂—巖層垮落”的過(guò)程，微震事件分布密集且分層集中，具有明顯分層特征。垮落帶低位巖層破壞發(fā)展充分，微震事件分布集中度高，自下而上分層垮落，越是高位巖層微震事件集中度越低，這是垮落帶巖層發(fā)育的一個(gè)特征。如圖2016年10月的微震事件而言，3下103工作面煤層上方30m左右是一個(gè)分界線，30m以下微震事件分布集中程度高，30m以上微震事件零散；2016年11月，3下103工作面煤層上方40m左右為分界，表現(xiàn)出明顯的分層特征。

（2）裂隙帶巖層“裂隙產(chǎn)生—裂隙擴(kuò)展—巖層斷裂”的過(guò)程，微震事件分布分散，集中度低。裂縫帶在微震事件集中度與垮落帶具有明顯的界限，微震事件分布不集中，表現(xiàn)為自下而上逐漸減少甚至消失，這是裂隙帶巖層發(fā)育的一個(gè)特征。

4結(jié)語(yǔ)

綜上所述，通過(guò)微震監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)分析與理論計(jì)算垮落帶和裂隙帶的高度，綜合得到3下103工作面回采過(guò)程中垮落帶的高度為30～40m；裂隙帶巖層高度為40～75m。作為沖擊地壓礦井該“兩帶”高度數(shù)據(jù)，對(duì)其它工作面回采中制定更科學(xué)合理的沖擊地壓防治方案有一定的參考價(jià)值。

參考文獻(xiàn)：

[1]姜福興，楊淑華.煤礦沖擊地壓的微震監(jiān)測(cè)研究[J]，地球物理學(xué)報(bào)， 2006， 49（ 5） ： 1511.

（作者單位：棗礦集團(tuán)滕東煤礦）

作者簡(jiǎn)介：孫偉，男，畢業(yè)于山東科技大學(xué)采礦工程專業(yè)，大學(xué)本科，工學(xué)學(xué)士，中級(jí)職稱，現(xiàn)棗礦集團(tuán)滕東煤礦從事沖擊地壓防治管理工作。