1、专题部分张小楼矿微震规律与冲击矿压关系研究刘建刚中国矿业大学矿业工程学院，江苏徐州，221116摘要：张小楼矿95206工作面自开始回采到止采一直进行监测，监测数据具有连贯性，便于进行分析研究。易于得出相应的矿震活动规律。95206工作面在回采过程中会遇到两个断层及上层煤的两个停采线，通过对微震规律活动分析我们可以了解断层及上层煤的停采煤柱对95206工作面矿压显现的影响。通过对95206工作面回采过程中冲击矿压危险性分析，我们可以及时预测冲击矿压发生的区域，并提前采区防护措施。关键词：冲击矿压，关键层，微震规律，危险性，回采过程Abstract：95206 workface of Zhang
2、xiaolou mine since the beginning of the recovery to stop mining has been conducting monitored and the surveillance data are coherence, In order to facilitate the analysis and study. It is easy to draw the corresponding mine earthquake activity patterns. 95206 face encounter two faults and two of the
3、 upper coal Stop Line in the recovery process .by the analysis of microseismic law activities, we can understand the Influence of the fault and stop mining column of the upper coal on 95206 face mine pressure appearance. By the rockburst risk analysis in the recovery process of 95206 mining face, we
4、 can predict the region of rockburst occurred in a timely manner, and take protective measures in advance.Keywords: rockburst, key stratum, the microseismic law, risk, recovery process1 前言1.1 冲击矿压简介1.1.1 冲击矿压概念冲击矿压属于矿山动力现象，是矿山压力的一种特殊显现形式。冲击矿压可以定义为矿山井巷或采场周围矿体和围岩由于变形能的释放而产生的以突变、急剧、猛烈的破坏为特征的动力现象。简单的说，冲
5、击矿压就是煤（岩）的突然破坏现象。冲击矿压是矿山开采中发生的煤（岩）动力现象之一，这种动力灾害通常是在煤（岩）力学系统达到强度极限时，聚积在煤（岩）体中的弹性能量以突然、急剧、猛烈的形式释放，在井巷发生爆炸性事故，造成煤（岩）体振动和破坏，动力将煤（岩）抛向井巷，同时发生强烈声响，造成支架与设备、井巷的破坏以及人员的伤亡等。冲击矿压还可能引发其他矿井灾害，尤其是瓦斯、煤尘爆炸、火灾以及水灾，干扰通风系统，强烈的冲击矿压还会造成地面建筑物的破坏和倒塌等。1.1.2 影响冲击矿压的主要因素及冲击矿压的显现特征冲击矿压发生的原因是多方面的, 但从总的来说可以分为三类, 即自然的、技术的和组织管理方面
6、的。影响冲击矿压发生的因素主要有两大方面：一是矿山地质因素，二是开采技术条件。矿山地质因素主要是:开采深度越大,煤体的应力越高，在开挖空间周围煤体内应力集中系数越大，煤体变形和积聚的弹性潜能也越大；顶底板岩层比较坚硬，煤层具有脆性，易形成较大的集中压力和积聚较多的弹性能；其次由于地质构造的存在，破坏了顶板完整性，使顶板压力在构造处重新分布形成构造应力集中，特别是在断层带附近更容易发生冲击矿压。地质构造因素，在地质构造带中一般由地壳运动的残余应力形成构造应力场。在煤矿中常有断层、褶曲和局部异常(如底凸起、顶板下陷、煤层分岔、变薄和变厚等构造带)，冲击矿压就常常发生在这些构造应力集中的区域。开采技
7、术条件可以促使冲击矿压的发生,它主要体现在两个方面，一是人为地形形成应力集中，增大发生冲击矿压的危险性；二是改变应力状态和产生震动，可以引发冲击矿压发生。具体表现如下:（1）不同采煤方法的巷道布置及顶板管理方法不同，所产生的矿山压力分布规律也不相同，一般短壁较长壁开采易发生冲击矿压。（2）煤柱是发生应力集中的地点。孤岛形和半岛形煤柱可能受几个方向集中应力的叠加作用，形成很大的应力集中，因而在煤柱附近易形成冲击矿压。另外，煤柱上的集中应力不仅对本煤层产生影响，而且向下传递对下部煤层形成冲击条件。（3）采掘顺序对形成矿山压力的大小和分布有很大关系。巷道和回采工作面相向推进以及在回采工作面或煤柱中的
8、支承压力带内掘进巷道，都会使集中应力叠加，而导致冲击矿压发生。另外在采空区附近掘进巷道时，未压实的采空区会对掘进巷道产生动力冲击作用，诱发冲击矿压。（4）在放炮、打钻或采掘工作时能局部改变煤体的应力状态，一方面使煤层中应力迅速重新分布而增加煤体应力；另一方面能迅速解除煤层边缘侧向约束阻力改变煤体的应力状态，由三向压缩变为二向压缩，使其抗压强度下降，导致迅速破坏。因此这些活动具有诱发冲击矿压作用1。1.1.3 冲击矿压现象具有以下显现特征:1、突发性：冲击矿压一般没有明显的宏观前兆而突然发生，难于事先准确确定发生的时间、地点和强度。2、瞬时震动性：冲击矿压发生过程急剧而短暂，像爆炸一样伴有巨大的
9、声响和强烈的震动，电机车等重型设备被移走，人员被弹起摔倒，震动波及范围可达几公里甚至几十公里，地面有地震感觉，但一般震动时间不会超过几十秒。3、巨大的破坏性：冲击矿压发生时，顶板可能有瞬时明显下沉，但一般并不冒落；有时底板突然开裂鼓起甚至接顶；常常有大量煤块甚至上百立方米的煤体突然破碎并从煤壁抛出，堵塞巷道，破坏支架；从后果来看冲击矿压常常造成惨重的人员伤亡和巨大的生产损失。1.1.4 国内外冲击矿压概况1、国内冲击矿压历史及现状我国最早记录的冲击矿压现象于1933年发生在抚顺胜利煤矿，当时的开采深度为200米左右。从1949年以来，已发生破坏性冲击矿压4000次，震级0.53.8级，造成大量
10、巷道破坏和惨重的人员伤亡。近年来，我国一些金属矿山、水电与铁路隧道工程也出现了岩爆现象。我国煤矿发生冲击矿压有如下特征：(1)突然性。冲击矿压发生前没有明显的征兆， 突然、猛烈。(2)多样性。煤层冲击、顶板冲击、底板冲击等两三种冲击的组合。(3)破坏性。片帮和煤炭抛出，顶板突然下沉、底鼓、破坏巷道支护，造成人员伤亡等。(4)在各种采矿和地质条件下均发生过冲击矿压。然而具体分析起来，我国冲击矿压发生的条件极为复杂。从自然地质条件来看，除褐煤以外的各煤种都记录到了冲击现象，采深从200800米，地质构造从极简单至极复杂，煤层从薄到特厚，倾角从水平到急倾斜，顶板包括砂岩、灰岩、油母页岩都发生过；从生
11、产技术条件看，水采、水砂充填、综采、炮采、机采、手采等各种工艺，长壁、短壁、巷柱、倾斜分层、水平分层、倒台阶、房柱式等各种方法都出现了冲击现象。1949年以前我国发生冲击矿压的矿井只有12个，50年代增加为7个，60年代为12个，70年代为22个，到21世纪初已达到50多个。而随着开采深度的增加、开采范围的扩大，今年来虽然采取了不少措施，但全国矿井数和总的冲击数并未减少。可见，我国冲击矿压的防治工作任务甚为艰巨，具有现实的迫切性和长远的重大意义。2、国外冲击矿压概况冲击矿压是世界采矿业面临的共同问题。1738年英国在世界上首先报道了冲击矿压现象。之后，前苏联、南非、德国、波兰、美国、加拿大、日
12、本、法国、印度、捷克、匈牙利、保加利亚、奥地利、新西兰和安哥拉等都记录了冲击矿压。目前，有包括我国在内的20多个国家和地区都有冲击矿压，这一事实表明，世界上几乎所有采矿国家都不同程度地受到冲击矿压的威胁。因此应准确、有效的预测冲击矿压及其危害性，为采取相应防治措施提供依据，从根本上消除或缓解冲击矿压的危害是非常重要的。1.2 微震检测系统微震监测系统主要由中心计算机、中心数据收集器、远程数据采集器、拾震传感器、打印机、GPS时间服务器、软件等部分组成。中心计算机通过数据线与数据收集器相连,计算机上安装控制分析软件,软件运行在WINDOWS环境下,接收来自远程数据采集器的原始数据、在计算机屏幕上
13、显示原始数据的波形,计算机储存、回放每一个震动事件,便于人工和自动读取处理。微震监测能够较为准确地获得已发生微震事件的震源位置、发生时间和释放能量,进而统计微震活动强弱和频率并判断潜在的矿山动力灾害活动规律。2 张小楼矿概况2.1 矿井概况庞庄煤矿张小楼井位于徐州市西北铜山县柳新镇和刘集镇境内，距徐州市区13km。南部（浅部）以F1断层与庞庄井田为界，北部（深部）至京福高速公路保护煤柱线；东部以西1、西2和西3三个坐标点的连线及其延长线与柳新井田为界【苏煤司基（87）第252号文】，西部以点连线与夹河井田深部为邻【苏煤司基（84）第579号文】。整个井田东西长约4.80km、南北宽约3.53k
14、m，井田面积16.94km2。开采深度为-280m-1250m。庞庄煤矿张小楼井于1973年建成投产，矿井原设计生产能力45万t/a。1989年由徐州矿务局设计处对其进行改扩建初步设计，设计生产能力为105万t/a。2005年3月改扩建完成，并于2005年4月通过了江苏煤矿安全监察局的“矿井改扩建安全设施竣工验收”。2006年通过江苏省经济贸易委员会组织的竣工验收，并于当年核定矿井生产能力为120万t /a。张小楼井采用立井多水平开拓，新主井落底-1025m水平，直径为5.7m；新副井落底-1025m水平，直径为7.0m；风井落底-400m，直径为5.0m。采用中央并列机械抽出式通风方法。张小
15、楼井现在生产水平为-1025m水平，-1025m水平划分为4个采区，即西一上、下山采区和西二上、下山采区。目前，张小楼井基础储量为9861.1万t（-1300m水平以上），设计可采储量为6601.1万t。可采煤层自上而下为：1、2、7、9。各煤层特征见表2-1。表2-1 庞庄煤矿张小楼井可采煤层情况一览表煤层号穿过点数可采点数不可采点数缺失点数两极厚度平均值(m)可采指数变异系数煤层稳定程度717160139.556.001.007%稳定91414002.204.623.001.003%稳定张小楼矿现在主要是在对7煤和9煤进行开采，在开采的过程中由于设备的安装日期的限制，在对9煤监测的时间和数据相对来说是比较准确的，主要是对95202和95206两个面进行分析。1）7煤层7煤层为本矿区主采煤层之一。厚度02.55m，平均厚度1.79m，局部有0.2m左右的夹矸1层，夹矸岩性主要为页岩，偶尔也可见砂页岩；煤层倾角025；7煤上距分界砂岩43.9660.46m，平均间距52.27m左右；7煤下距9煤间距24.1740.85m，平均间距29.33m；煤层可采性指数Km0.94，变异系数27。直接顶为灰白色砂质页岩或中细粒砂岩，厚度0.2029.77m，平均厚5.81m老顶多为砂质页岩或中细粒砂岩；直接底为深灰色砂质页岩，偶见中细粒砂岩或粉砂岩，厚度0.5525.23m
