采空區(qū)遺留煤柱微震分布規(guī)律分析

采空區(qū)遺留煤柱微震分布規(guī)律分析摘要：在海孜煤礦Ⅲ1012綜采工作面回采過程中，以SOS微震監(jiān)測系統(tǒng)監(jiān)測到的礦震數(shù)據(jù)為基礎，對工作面回采期間礦震分布規(guī)律進行了研究，結果表明：Ⅲ1012工作面采空區(qū)微震活動強度較低，能量均在105J以下，且頻次較低；而其上區(qū)段采空區(qū)遺留煤柱附近微震活動較為強烈，最大能量達4.52伊107J，且頻次較高，分布異常集中。分析認為，上區(qū)段采空區(qū)覆巖運動處于極限平衡狀態(tài)，受采動影響引發(fā)煤柱失穩(wěn)，釋放大量能量。分析區(qū)段遺留煤柱對礦震分布規(guī)律的影響，為工作面安全回采提供重要依據(jù)。

關鍵詞 ：遺留煤柱；微震監(jiān)測；煤柱失穩(wěn)；分布規(guī)律

海孜煤礦Ⅲ1012工作面開采深度達730m，加之煤層上覆巖層含堅硬厚層砂巖組影響，礦震顯現(xiàn)日益明顯，已成為必須要防治的災害之一。基于SOS微震監(jiān)測系統(tǒng)數(shù)據(jù)，分析區(qū)段遺留煤柱對礦震分布規(guī)律的影響，以便更好的掌握礦震分布規(guī)律，為工作面安全回采提供重要依據(jù)。

1開采技術條件

Ⅲ1012綜采工作面為Ⅲ101采區(qū)首工作面，其上區(qū)段為Ⅱ101采區(qū)。受地質構造等因素的影響，Ⅱ101采區(qū)各工作面在回采期間遺留部分不規(guī)則煤柱，如圖1所示，陰影部分為遺留煤柱。

工作面設計走向長745m，實際回采550m，傾斜長175m，平均煤厚3.05m，平均煤層傾角23毅。偽頂為炭質泥巖，厚0-0.3m；直接頂為泥巖或粉砂巖，厚1.9-4.7m；基本頂為中砂巖，厚9.9-19.7m。上覆巖層多為砂巖、粉砂巖互層，Ⅲ1012-1、Ⅲ1012-2、Ⅲ1012-3鉆孔顯示，砂巖、粉砂巖分別占基巖的85.2%、72.1%、56.3%。

2SOS微震監(jiān)測布置

SOS微震監(jiān)測系統(tǒng)主要由井下安裝的檢波測量探頭，地面安裝的信號采集站和信號記錄器等組成，它們相互配合形成一個整體系統(tǒng)。該系統(tǒng)能夠即時、連續(xù)、自動采集礦山巖體震動信號，實現(xiàn)微震信號的可視化，并可對其進行分析、波群分離和篩選，還能完成三維空間定位，震動能量推演及其他煤巖體震動參數(shù)的物理計算等[1]?；赟OS微震監(jiān)測系統(tǒng)的監(jiān)測原理，將Ⅲ101采區(qū)作為重點監(jiān)測區(qū)Ⅱ，合理優(yōu)化臺網(wǎng)布置后，共設置了9個探頭進行監(jiān)控[2]。對Ⅲ1012工作面回采期間發(fā)生的100J以上微震事件進行統(tǒng)計分析，包括震源分布位置、能量和頻次等。

3微震分布規(guī)律及分析

3.1微震分布規(guī)律

自2024年9月至2024年6月5日，對Ⅲ1012工作面回采期間的微震分布情況進行平面定位分析，如圖2-4所示。結果表明，能量>103J的微震震源分布范圍較廣，遍布于Ⅲ1012工作面采空區(qū)至Ⅱ1015采空區(qū)內，其中有2處分布較為集中，即Ⅱ10111采空區(qū)煤柱和Ⅱ101上山保護煤柱附近，其余震源較均勻出現(xiàn)在老采空區(qū)內，說明老采空區(qū)上覆頂板受周圍遺留煤柱的支撐作用，達到極限平衡狀態(tài)，在受采動工作面頂板斷裂擾動后應力重新分布，較大范圍頂板活動較為頻繁，但能量并不大。

能量在104-105J之間和大于105J的微震分別為62次和15次，其中分布于Ⅱ101采空區(qū)分別為37次和12次，分別占59.7%和80%，且集中在Ⅱ1019和Ⅱ10111采空區(qū)遺留煤柱附近。能量在104-105J之間的震動出現(xiàn)在Ⅲ1012采空區(qū)5次，占8%，而大于105J的震動未出現(xiàn)在Ⅲ1012工作面。

分析結果表明，微震能量越大，震源分布集中程度越高。分布于Ⅱ101采空區(qū)、大于105J的微震均在Ⅲ1012工作面沿上區(qū)段采空區(qū)回采之后出現(xiàn)，說明回采工作面采空區(qū)與上區(qū)段采空區(qū)連通之后，形成協(xié)同運動，覆巖活動更加劇烈。隨著采空區(qū)懸露面積不斷擴大，應力在遺留煤柱位置不斷集中，煤巖體中靜載荷與礦震形成的動載疊加之和大于誘發(fā)煤巖體強礦震顯現(xiàn)的最小載荷，就會誘發(fā)大能量礦震，釋放較大能量[3]。

3.2原因分析

當采深達到一定程度時，采空區(qū)覆巖是否充分運動的判別標準為其寬度是否達到臨界開采寬度（采深的0.4倍）。Ⅱ101采區(qū)采深620m，覆巖充分運動的臨界開采寬度為250m，而采區(qū)遺留煤柱之間采空區(qū)的寬度之和為254m，說明上覆巖層運動處于極限平衡狀態(tài)。

Ⅲ1012工作面采深730m，覆巖充分運動臨界開采寬度280m，而Ⅲ1012工作面和鄰近采空區(qū)寬度之和為285m，說明Ⅲ1012覆巖運動也處于極限平衡狀態(tài)。

隨著Ⅲ1012工作面不斷向前推進，采空區(qū)內發(fā)生的礦震最大能量在105J以下，且頻次很低，而采動面對上區(qū)段采空區(qū)產(chǎn)生擾動時，覆巖的極限平衡狀態(tài)被打破，引發(fā)遺留煤柱應力進一步集中，造成失穩(wěn)，特別是不規(guī)則煤柱的尖端部位，釋放更大能量，其中監(jiān)測到的最大一次能量為4.52伊107J，地面有震感，井下有較大悶響，但并未造成巷道明顯變形和瓦斯異常涌出。

4結論

①Ⅲ1012工作面回采期間，采空區(qū)微震活動強度較低，能量均在105J以下，且頻次較低；而其上區(qū)段采空區(qū)遺留煤柱附近微震活動較為強烈，最大能量達4.52伊107J，且頻次較高，分布異常集中。

②Ⅲ1012工作面采空區(qū)與上區(qū)段采空區(qū)連通之后，形成協(xié)同運動，使覆巖活動更加劇烈，隨著采空區(qū)懸露面積不斷擴大，應力在遺留煤柱位置不斷集中，煤巖體中靜載荷與礦震形成的動載疊加之和大于誘發(fā)煤巖體強礦震顯現(xiàn)的最小載荷，就會誘發(fā)大能量礦震。

③上區(qū)段采空區(qū)覆巖運動處于極限平衡狀態(tài)，受采動影響時，覆巖的極限平衡狀態(tài)被打破，引發(fā)遺留煤柱應力進一步集中，造成失穩(wěn)，特別是不規(guī)則煤柱的尖端部位，釋放大量能量。

參考文獻院

[1]張明偉，竇林名，王占成，等援深井SOS微震監(jiān)測系統(tǒng)建設與應用[J]援煤礦開采，2024，15(2)：16