微地震监测在特厚煤层底板突水评价中的应用-矿业114网 
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微地震监测在特厚煤层底板突水评价中的应用
2015-03-05
特厚煤层综放开采对底板扰动大,在底板下方有承压含水层时,存在原生裂隙导水、 采动裂隙导水、构造活化导水等底板突水灾害,动态监测底板裂隙的萌生、发展、贯通直至破坏过程 是底板突水灾害有效预测、预警的关键。以平朔地区特厚煤层综放工作面回采过程中底板突水问 题为研究背景,在工作面建立了一套自主研发的高精度微地震监测系统,实时获取采动过程中采场 围岩破裂的三维特征,采用动突水系数法,对该工作面底板突水可能性进行了分析。研究表明:工 作面向斜轴部以西90m突水危险性增大,动突水系数达到峰值,但小于带压开采突水危险标准,认 为工作面回采期间无突水危险。通过对比,动突水系数峰值位置与底板最大破裂...
Serial No. 550 February. 2015 现 ꢀ 代 ꢀ 矿 ꢀ 业 2015总年 第25月50第期 2 期 MODERN MINING 微 地 震 监 测 在 特 厚 煤 层 底 板 突 水 评 价 中 的 应 用 秦 九 天 1 ꢀ 姜 福 兴 1 ꢀ 王 存 文 1 ꢀ 梁 兴 旺 2 ꢀ 师 克 勐 2 ( 1. 北 京 科 技 大 学 土 木 与 环 境 工 程 学 院 ; 2. 中 煤 平 朔 集 团 有 限 公 司 ) ꢀ ꢀ 摘 ꢀ 要 ꢀ 特 厚 煤 层 综 放 开 采 对 底 板 扰 动 大 , 在 底 板 下 方 有 承 压 含 水 层 时 , 存 在 原 生 裂 隙 导 水 、 采 动 裂 隙 导 水 、 构 造 活 化 导 水 等 底 板 突 水 灾 害 , 动 态 监 测 底 板 裂 隙 的 萌 生 、 发 展 、 贯 通 直 至 破 坏 过 程 是 底 板 突 水 灾 害 有 效 预 测 、 预 警 的 关 键 。 以 平 朔 地 区 特 厚 煤 层 综 放 工 作 面 回 采 过 程 中 底 板 突 水 问 题 为 研 究 背 景 , 在 工 作 面 建 立 了 一 套 自 主 研 发 的 高 精 度 微 地 震 监 测 系 统 , 实 时 获 取 采 动 过 程 中 采 场 围 岩 破 裂 的 三 维 特 征 , 采 用 动 突 水 系 数 法 , 对 该 工 作 面 底 板 突 水 可 能 性 进 行 了 分 析 。 研 究 表 明 : 工 作 面 向 斜 轴 部 以 西 90 m 突 水 危 险 性 增 大 , 动 突 水 系 数 达 到 峰 值 , 但 小 于 带 压 开 采 突 水 危 险 标 准 , 认 为 工 作 面 回 采 期 间 无 突 水 危 险 。 通 过 对 比 , 动 突 水 系 数 峰 值 位 置 与 底 板 最 大 破 裂 深 度 位 置 具 有 明 显 的 时 空 差 异 , 且 底 板 破 裂 深 度 峰 值 超 前 于 动 突 水 系 数 峰 值 , 为 通 过 底 板 破 裂 深 度 进 行 突 水 危 险 的 实 时 预 警 提 供 了 依 据 。 关 键 词 ꢀ 特 厚 煤 层 ꢀ 微 地 震 监 测 ꢀ 底 板 突 水 ꢀ 动 突 水 系 数 Application of Microseismic Monitoring in the Water Inrush Evaluation of the Specially Thick Coal Seam Floor Qin Jiutian ꢀ Jiang Fuxing ꢀ Wang Cunwen ꢀ Liang Xingwang ꢀ Shi Kemeng2 1 1 1 2 ( 1. Civil and Environmental Engineering School, University of Science and Technology Beijing; 2. China Coal Pingsuo Group Co. , Ltd. ) Abstractꢀ The distrubance of the fullmechanized caving mining of special thick coal seam to the floor is great, if the confined aquifer layer belows the floor, water inrush disaters such as primary fracture conductivity, mininginduced conductivity and tectonic activation water could happan. So the key content of prediction and warning of the water inrush is conducting dynamic monitoring of slab crack initiation, development and breakthrough until failure process. Taking the floor water inrush question existing in the process of fullmechanized caving mining of special thick coal seam in the Pingshuo region, the highpre cision microseismic monitoring system developed independently is established in the working face so as to obtain the threedimensional characteristics of the stope wall rocks burst during the process of mining. The water inrush possibility is analyzed based on dynamic water inrush coefficient method. The research results show that, the water inrush of the area which is 90 m to the west of syncline axis of working face, the peak dynamic water inrush coefficient is obtained, but it is less than the water inrush risk standard of under mining pressure. So there is no water inrush danger appearing in the working face during stoping. By contrast, the time and space differences between the position of peak dynamic water inrush coefficient and the position of floor biggest failure depth are obvious, the peak of floor failure depth is ahead of the peak of dynamic peak water inrush coefficient. The above research results can provide some reference for conducting realtime warning of the water inrush danger based on the floor failure depth. Keywordsꢀ Specially coal seam, Microseismic monitoring, Floor water inrush, Dynamic water in rush coefficient ꢀ ꢀ 底 板 突 水 是 煤 矿 主 要 灾 害 之 一 , 是 指 当 距 离 煤 ꢀ ꢀ 秦 九 天 ( 1989— ) , 男 , 硕 士 研 究 生 , 100083 北 京 市 海 淀 区 学 院 路 0 号 。 108 层 较 近 的 底 板 岩 层 含 有 高 压 承 压 水 时 , 在 采 动 过 程 3 ꢀ ꢀ 秦 九 天 ꢀ 姜 福 兴 等 : 微 地 震 监 测 在 特 厚 煤 层 底 板 突 水 评 价 中 的 应 用 ꢀ ꢀ ꢀ ꢀ ꢀ ꢀ 2015 年 2 月 第 2 期 中 承 压 水 沿 破 坏 的 底 板 或 原 生 地 质 缺 陷 涌 入 到 巷 道 和 工 作 面 形 成 的 灾 害 。 早 期 学 者 从 底 板 突 水 机 理 、 评 价 指 标 、 预 测 模 型 等 方 面 开 展 了 大 量 研 究 。 武 强 提 出 了 主 控 指 标 体 系 、 脆 弱 性 指 数13、] GIS 与 ANN 耦 [ 合 等 新 型 实 用 底 板 突 水 预 测 方 法 ; 彭 苏 萍 、 罗 立 平 将 岩 性 场 、 应 力 场 与 渗 流 耦 合 作 用 机 理 应 用 到 防 治 水 工 程 4] 。 以 上 研 究 为 揭 示 底 板 突 水 机 理 , 评 价 和 预 测 底 板 突 水 提 供 了 重 要 科 学 依 据 。 [ 图 2ꢀ 采 动 关 系 及 底 板 特 征 的 扰 动 形 成 贯 通 性 裂 隙 , 断 层 、 陷 落 柱 受 采 动 影 响 活 化 , 导 通 底 板 奥 灰 含 水 层 , 形 成 底 板 突 水 灾 害 。 因 此 , 对 底 板 裂 隙 发 育 过 程 的 监 测 和 评 价 至 关 重 要 。 普 遍 观 点 认 为 : 水 源 、 水 量 和 突 水 通 道 是 底 板 突 水 的 “ 三 要 素 ” 5] , 水 源 和 水 量 可 通 过 钻 探 或 物 探 的 方 法 确 定 , 而 突 水 通 道 不 仅 与 煤 层 及 底 板 地 质 赋 存 条 件 相 关 , 还 与 工 作 面 布 置 方 式 、 开 采 强 度 、 顶 板 管 理 方 式 等 因 素 相 关 , 在 采 动 空 间 内 具 有 动 态 变 化 的 特 征 , 很 难 精 确 探 测 。 底 板 岩 层 受 采 动 影 响 发 生 破 裂 , 削 弱 了 稳 定 隔 水 层 厚 度 , 使 突 水 危 险 性 增 加 , 这 是 底 板 突 水 的 必 要 条 件 。 获 取 底 板 破 裂 深 度 随 工 作 面 回 采 动 态 变 化 规 律 , 是 实 现 底 板 突 水 实 时 预 测 预 警 的 重 要 基 础 。 常 用 的 探 测 底 板 破 裂 深 度 的 方 法 有 声 波 CT 探 测 6] 、 电 法 [ 7] 、 地 质 雷 达 等 , 近 年 来 发 展 起 来 的 矿 山 微 地 震 监 测 技 术 811] , 能 够 实 现 回 采 过 程 底 板 裂 隙 的 萌 生 、 发 展 、 贯 通 直 至 破 坏 全 过 程 地 实 时 动 态 监 测 , 是 研 究 底 板 突 水 灾 害 的 有 效 手 段 。 本 文 基 于 微 地 震 监 测 方 法 提 出 了 “ 动 突 水 系 数 ” 的 概 念 , 并 用 其 进 行 底 板 突 水 危 险 性 评 价 , 在 中 煤 平 朔 集 团 井 工 一 矿 9 煤 某 工 作 面 底 板 突 水 灾 害 监 测 和 预 警 中 得 到 应 用 , 取 得 了 良 好 的 效 果 。 [ 2 ꢀ 微 地 震 监 测 系 统 微 地 震 监 测 技 术 是 近 年 来 发 展 起 来 的 集 地 球 物 理 、 电 子 通 讯 、 计 算 机 技 术 等 多 学 科 综 合 性 监 测 技 术 , 广 泛 应 用 于 矿 山 、 边 坡 、 隧 道 等 多 个 工 程 领 域 的 监 测 预 警 领 域 , 能 够 实 现 远 程 、 无 损 、 多 维 、 实 时 监 测 。 北 京 科 技 大 学 微 地 震 研 究 中 心 自 主 研 发 了 国 内 首 套 高 精 度 微 地 震 监 测 系 统 , 在 多 座 矿 山 、 边 坡 及 隧 道 均 有 应 用 。 [ 北 京 科 技 大 学 BMS 微 地 震 监 测 系 统 分 为 井 下 部 分 和 地 面 部 分 , 其 中 , 井 下 部 分 包 含 检 波 器 、 监 测 分 站 、 监 测 主 机 , 井 下 有 多 个 监 测 分 站 , 每 个 分 站 具 有 12 个 监 测 通 道 , 连 接 12 个 检 波 器 。 地 面 部 分 由 工 控 机 组 成 , 地 面 设 备 包 括 BMS 微 地 震 监 测 主 机 、 数 据 存 储 与 处 理 主 机 , 每 个 SAT 分 站 12 通 道 ( 标 准 ) , 布 置 合 理 之 后 的 定 位 误 差 在 10 m 以 内 , 震 源 定 位 的 最 小 震 动 能 量 为 100 J。 系 统 构 成 见 图 3。 [ 1 ꢀ 工 程 背 景 平 朔 井 工 一 矿 9 煤 首 采 工 作 面 走 向 长 3 070 m, 宽 300 m, 煤 层 最 大 厚 度 为 14. 6 m, 属 特 厚 煤 层 , 采 用 综 合 机 械 化 放 顶 煤 开 采 , 一 次 采 全 高 。 工 作 面 上 部 为 14106 采 空 区 , 底 板 下 方 约 60 m 有 奥 灰 含 水 层 , 水 源 稳 定 、 补 给 充 足 , 水 位 标 高 为 1 060 m。 工 作 面 揭 露 断 层 17 条 , 南 部 有 X7 陷 落 柱 , 北 部 有 X8 陷 落 柱 。 本 区 断 层 、 陷 落 柱 具 导 水 性 , 奥 灰 含 水 层 水 头 压 力 较 高 , 局 部 高 于 9 煤 层 110 m。 工 作 面 位 置 及 底 板 特 征 见 图 1、 图 2。 图 3ꢀ 高 精 度 微 地 震 系 统 构 成 3 ꢀ 微 地 震 监 测 方 案 重 点 监 测 该 工 作 面 辅 运 巷 F12 ~ F15 导 线 点 向 斜 轴 部 区 域 , 兼 顾 贯 穿 工 作 面 的 F26、 F10 断 层 稳 定 性 监 测 , 此 区 域 走 向 范 围 约 830 m, 共 布 置 23 个 测 点 , 检 波 器 间 距 为 36 m, 为 循 环 交 替 安 装 , 即 同 时 工 作 的 检 波 器 数 量 为 12 个 , 其 中 顶 板 布 置 6 个 测 点 , 底 板 布 置 6 个 测 点 , 随 工 作 面 推 进 , 回 收 距 工 作 面 较 近 的 检 波 器 , 将 其 安 装 至 前 方 的 备 用 测 点 , 以 此 循 环 交 替 , 直 至 完 成 整 个 测 区 的 监 测 。 测 区 第 一 个 测 点 图 1ꢀ 首 采 工 作 面 平 面 位 置 工 作 面 回 采 面 临 的 主 要 安 全 隐 患 : 开 采 对 底 板 1 09 总 第 550 期 现 代 矿 业 2015 年 2 月 第 2 期 位 于 F23 导 线 点 附 近 , 综 合 考 虑 现 场 实 际 和 环 网 接 入 点 的 位 置 进 行 布 置 , 将 主 站 布 置 在 9 煤 主 运 机 头 变 电 硐 室 内 。 布 置 方 案 见 图 4。 图 4ꢀ 系 统 安 装 布 置 1 ~ 24— 电 缆 线 , 25 ~ 52— 光 缆 段 滑 移 步 长 内 底 板 岩 层 微 震 释 放 能 量 。 ꢀ ꢀ 系 统 安 装 完 成 后 进 行 了 标 定 试 验 , 标 定 结 果 显 示 微 地 震 波 速 平 均 为 3. 37 m/ ms; 定 位 误 差 为 X 方 向 12 m, Y 方 向 1 m, Z 方 向 6 m, 平 均 误 差 6. 3 m, 在 预 计 的 范 围 内 , 定 位 精 度 能 够 满 足 工 程 应 用 。 选 取 每 班 推 进 下 的 微 震 能 量 释 放 值 , 拟 合 成 微 震 释 放 能 量 推 进 班 次 曲 线 的 泰 勒 级 数 形 式 , 截 取 至 4 次 项 , 则 4 4 ꢀ 底 板 裂 隙 与 突 水 可 能 性 评 估 E = a ti , ( 2) i i = 0 4 . 1ꢀ “ 动 突 水 系 数 ” 的 概 念 式 中 , ai 为 拟 合 级 数 的 第 i 次 项 的 系 数 。 令 t = x - 尖 点 突 变 的 标 准 势 函 数 形 式 : 突 水 系 数 法 是 将 含 水 层 水 压 和 底 板 稳 定 隔 水 层 a 厚 度 之 比 作 为 评 价 底 板 突 水 可 能 性 的 依 据 12] 。 然 而 , 在 实 际 使 用 过 程 中 , 水 压 较 易 测 定 , 底 板 稳 定 隔 水 层 厚 度 较 难 测 定 。 底 板 稳 定 隔 水 层 厚 度 与 煤 层 及 顶 底 板 赋 存 条 件 、 采 煤 方 法 、 开 采 强 度 、 构 造 分 布 情 况 等 相 关 , 且 在 工 作 面 不 同 开 采 阶 段 , 底 板 破 裂 深 度 是 动 态 变 化 的 , 底 板 稳 定 隔 水 层 厚 度 也 呈 动 态 变 化 , 因 此 , 突 水 系 数 法 很 难 在 工 作 面 开 采 期 间 进 行 准 确 计 算 。 [ 3 , 经 过 变 量 替 换 , 可 将 上 式 转 化 为 4 a 4 V( x) = x4 + ux4 + ux2 + νx , ( 3) 式 中 , 3a2 a a 2 4 4 u = - , ( 4) ( 5) 8a2 4 3 3 a a a a 1 2 2a 3 + ν = - . 2 3 4 a 8a 4 4 微 地 震 监 测 技 术 的 发 展 为 动 态 测 定 底 板 破 裂 深 度 , 动 态 确 定 稳 定 隔 水 层 厚 度 和 突 水 系 数 提 供 了 技 术 保 障 。 基 于 该 工 作 面 微 地 震 监 测 结 果 , 提 出 “ 动 突 水 系 数 ” 的 概 念 , 并 应 用 于 底 板 突 水 预 测 预 警 。 ꢀ ꢀ 平 衡 曲 面 方 程 为  V x 3 = 4x + 2ux0 + ν . ( 6) ( 7) 0  ꢀ ꢀ ꢀ 根 据 尖 点 分 叉 集 理 论 , 得 到 分 叉 集 方 程 为 3 2 “ 动 突 水 系 数 ” 是 基 于 微 地 震 监 测 动 态 测 定 的 Δ = 8u + 27ν . 底 板 破 裂 深 度 , 实 时 计 算 底 板 稳 定 隔 水 层 厚 度 , 进 而 ꢀ 式 ( 7) 即 为 岩 体 能 量 突 发 失 稳 破 坏 的 充 要 判 得 到 的 突 水 系 数 。 采 用 下 式 表 示 : 据 。 当 Δ > 0 时 , 能 量 处 于 稳 定 状 态 ; 当 Δ = 0 时 , 能 P 量 处 于 稳 定 与 非 稳 定 的 临 界 状 态 ; 当 则 发 生 破 坏 。 < 0 时 , 岩 体 Δ TS = , ( 1) M - C P 式 中 , TS 为 动 突 水 系 数 , MPa / m; P 为 含 水 层 静 压 水 4. 3ꢀ 计 算 结 果 及 分 析 头 压 力 , MPa; M 为 破 坏 前 底 板 隔 水 层 厚 度 , m; C 为 P 将 底 板 微 地 震 事 件 进 行 数 据 统 计 , 以 20 m 为 统 计 步 长 , 走 向 方 向 4 300 ~ 5 100 m, 深 度 距 底 板 35 m 以 内 , 统 计 此 范 围 内 煤 层 底 板 以 下 每 米 发 生 的 微 地 震 事 件 的 能 量 , 部 分 统 计 数 据 见 表 1。 微 地 震 监 测 的 底 板 破 裂 导 通 的 厚 度 , m。 为 了 研 究 底 板 破 裂 深 度 与 突 水 可 能 性 的 关 系 , 需 对 工 作 面 开 采 过 程 中 底 板 破 裂 特 征 进 行 研 究 。 4 . 2ꢀ 底 板 破 裂 深 度 获 取 方 法 根 据 底 板 释 放 能 量 及 提 出 的 能 量 突 发 失 稳 的 判 断 标 准 , 确 定 底 板 隔 水 层 厚 度 。 根 据 地 质 资 料 以 及 现 场 采 掘 时 期 的 探 测 资 料 , 底 板 奥 灰 承 压 水 水 头 在 选 取 煤 层 底 板 以 下 每 米 岩 体 作 为 研 究 对 象 , 走 向 方 向 以 左 右 各 延 伸 一 个 回 采 步 距 为 准 , 倾 向 方 向 以 工 作 面 斜 长 为 准 , 判 断 该 部 分 岩 体 是 否 破 坏 失 稳 。 根 据 微 震 监 测 结 果 , 统 计 研 究 对 象 内 所 有 微 震 事 件 , 以 2 d 的 推 进 步 距 为 滑 移 步 长 ( 20 m) , 获 取 每 1 060 m, 底 板 平 均 隔 水 层 厚 度 为 60 m。 根 据 表 1 统 计 结 果 , 基 于 底 板 稳 定 隔 水 层 厚 度 的 确 定 方 法 , 可 得 到 动 突 水 系 数 , 部 分 结 果 见 表 2, 1 10 ꢀ ꢀ 秦 九 天 ꢀ 姜 福 兴 等 : 微 地 震 监 测 在 特 厚 煤 层 底 板 突 水 评 价 中 的 应 用 ꢀ ꢀ ꢀ ꢀ ꢀ ꢀ 2015 年 2 月 第 2 期 表 1ꢀ 底 板 每 米 微 地 震 能 量 释 放 统 计 ( 以 20 m 为 统 计 步 长 ) 工 作 面 走 向 方 向 上 坐 标 X / m 距 底 板 深 度 ΔH 微 震 事 件 能 量 工 作 面 走 向 方 向 上 坐 标 X / m 工 作 面 走 向 方 向 上 坐 标 X / m 距 底 板 深 度 ΔH 微 震 事 工 作 面 走 向 方 向 上 坐 标 X / m 4 860 4 860 4 860 4 860 4 860 4860 距 底 板 深 度 微 震 事 件 能 量 综 合 E / kJ 距 底 板 深 度 微 震 事 件 能 量 综 合 E / kJ 件 能 量 综 / 合( kJ) E 综 / 合( kJ) E ΔH/ m ΔH/ m / m / m 4 4 4 4 4 4 4 4 4 4 4 4 4 4 4 4 4 4 4 4 4 4 4 4 4 4 4 4 4 4 4 4 4 4 4 4 4 800 800 800 800 800 800 800 800 800 800 800 800 800 800 800 800 800 800 800 800 800 800 800 800 800 800 800 800 800 800 800 800 800 800 800 800 800 0 51. 853 4 820 4 820 4 820 4 820 4 820 4 820 4 820 4 820 4 820 4 820 4 820 4 820 4 820 4 820 4 820 4 820 4 820 4 820 4 820 4 820 4 820 4 820 4 820 4 820 4 820 4 820 4 820 4 820 4 820 4 820 4 820 4 820 4 820 4 820 4 820 4 820 4 820 0 1 186. 801 271. 825 137. 394 197. 477 324. 907 3 281. 751 185. 967 169. 531 46. 171 155. 992 169. 274 116. 183 141. 35 92. 609 159. 52 307. 982 303. 335 277. 72 322. 885 187. 959 179. 857 169. 49 74. 978 88. 331 93. 152 38. 284 47. 714 51. 663 12. 86 4 840 4 840 4 840 4 840 4 840 4 840 4 840 4 840 4 840 4 840 4 840 4 840 4 840 4 840 4 840 4 840 4 840 4 840 4 840 4 840 4 840 4 840 4 840 4 840 4 840 4 840 4 840 4 840 4 840 4 840 4 840 4 840 4 840 4 840 4 840 4 840 4 840 0 311. 182 104. 932 236. 683 141. 625 175. 042 131. 801 58. 514 81. 486 218. 24 351. 2176 197. 906 272. 78 207. 0575 258. 495 216. 36 206. 378 176. 51 49. 759 48. 982 82. 454 50. 33 48. 171 50. 966 58. 432 29. 168 7. 524 0 0 1 159. 547 164. 567 54. 3669 98. 197 72. 701 57. 6806 261. 671 681. 736 272. 876 387. 46 296. 597 236. 455 46. 637 76. 414 141. 877 71. 051 56. 113 79. 584 47. 103 14. 175 0 1 108. 9 1 2 42. 85 2 2 2 3 53. 049 60. 23 3 3 3 4 4 4 4 5 64. 325 198. 096 230. 187 102. 597 156. 786 165. 351 134. 137 92. 997 122. 185 91. 154 115. 847 26. 436 202. 592 26. 311 97. 575 302. 828 48. 32 5 5 5 6 6 6 4 860 4 860 4 860 4 860 4 860 4 860 4 860 4 860 4 860 4 860 4 860 4 860 4 860 4 860 4 860 4 860 4 860 4 860 4 860 4860 6 7 7 7 7 8 8 8 8 9 9 9 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32 33 34 35 > 36 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32 33 34 35 > 36 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32 33 34 35 > 36 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32 33 34 35 > 36 0 248. 606 190. 529 192. 655 153. 079 191. 002 33. 413 0 5. 53 0 4. 931 0 4 860 4 860 4 860 4 860 4 860 4 860 4 860 4 860 4 860 4 860 4 860 0 0 0 0 0 60. 866 22. 741 35. 465 22. 393 29. 274 63. 533 38. 46 34. 827 3. 354 0 0 0 0 21. 811 0 0 0 0 0 0 0 0 4. 739 0 0 0 0 0 64. 378 288. 805 0 0 并 将 底 板 破 裂 深 度 与 动 突 水 系 数 绘 制 在 同 一 图 上 , 支 承 压 力 , 其 二 为 F26、 DF10 形 成 的 构 造 应 力 以 及 中 间 巷 产 生 的 次 生 应 力 , 其 三 为 向 斜 轴 部 的 局 部 构 造 应 力 。 2013 年 5 月 底 到 2013 年 7 月 初 , 工 作 面 累 计 进 尺 标 段 在 1 488 ~ 1 668 m, 开 采 受 腰 巷 的 影 响 较 大 , 腰 巷 的 前 后 分 别 揭 露 了 2 条 与 辅 运 巷 斜 交 的 大 断 层 DF10( 落 差 14 m) 和 F26( 落 差 5. 2 m) , 工 作 面 超 前 支 承 压 力 、 构 造 应 力 及 中 间 巷 侧 向 支 承 压 力 相 互 叠 加 , 致 使 该 区 域 应 力 集 中 , 顶 底 板 破 裂 范 围 增 大 , 且 该 区 域 已 进 入 带 压 开 采 区 , 突 水 可 能 性 增 大 。 根 据 微 地 震 监 测 结 果 , 这 个 区 域 内 当 工 作 面 累 计 进 尺 至 1488m前 后 处 底 板 破 裂 深 度 最 大 为 13 m, 此 见 图 5。 从 图 5( a) 可 以 看 出 , 底 板 破 裂 深 度 与 动 突 水 系 数 有 一 定 的 时 空 差 异 。 其 中 , 在 A 区 域 走 向 4 400 m 附 近 位 置 , 动 突 水 系 数 出 现 微 小 的 峰 值 ; B 区 域 在 动 突 水 系 数 最 大 值 出 现 在 走 向 4 850 m, 而 底 板 破 裂 最 大 值 出 现 在 走 向 4 750 m位 置 。 形 成 这 种 结 果 的 原 因 如 下 : ( 1) 如 图 5( b) 所 示 , 此 区 域 是 多 种 应 力 耦 合 作 用 区 域 , 工 作 面 辅 运 巷 、 中 间 巷 与 F26 断 层 形 成 的 三 角 区 域 受 到 三 方 面 应 力 的 作 用 , 其 一 为 工 作 面 超 前 1 11 总 第 550 期 现 代 矿 业 2015 年 2 月 第 2 期 表 2ꢀ 工 作 面 动 突 水 系 数 计 算 结 果 处 位 于 F26 断 层 与 工 作 面 辅 运 巷 斜 交 处 。 而 此 区 域 走 向 破 裂 最 大 破 裂 区 域 深 度 深 度 处 突 水 系 数 走 向 破 裂 最 大 破 裂 区 域 深 度 深 度 处 突 水 系 数 内 动 突 水 系 数 最 大 的 区 域 位 于 工 作 面 累 计 进 尺 标 段 1 568 ~ 1 608 m 处 , 即 腰 巷 与 辅 运 巷 交 汇 处 后 方 60 / m / m 标 高 / m / ( MPa/ m) / m / m 标 高 / m / ( MPa/ m) 4 4 4 4 4 4 4 4 4 4 4 4 4 4 4 4 4 4 4 4 4 300 13 1 019. 2 0. 003 0 4 720 31 320 10 1 020. 3 0. 003 1 4 740 30 979. 0 977. 8 969. 8 973. 3 974. 1 971. 6 972. 5 976. 5 979. 5 983. 8 986. 9 985. 2 990. 3 992. 9 0. 009 3 0. 009 9 0. 012 2 0. 011 6 0. 011 8 0. 013 0 0. 013 2 0. 012 6 0. 012 2 0. 011 6 0. 011 2 0. 011 6 0. 010 4 0. 009 2 m 前 后 , 为 0 003 6 MPa / m。 ( 2) 如 图 5( c) 所 示 , 2013 年 7 月 19 日 到 2013 340 360 380 400 420 440 460 480 500 520 540 7 4 5 7 2 6 4 4 6 8 8 1 021. 6 0. 003 3 4 760 36 1 023. 4 0. 003 3 4 780 31 1 021. 7 0. 003 5 4 800 28 1 019. 4 0. 003 6 4 820 28 1 023. 8 0. 003 5 4 840 25 1 019. 6 0. 003 6 4 860 19 1 022. 7 0. 003 4 4 880 14 年 9 月 22 日 , 工 作 面 累 计 进 尺 标 段 在 1 728 ~ 2 048 m, 辅 运 巷 的 底 板 破 裂 深 度 明 显 增 大 , 绝 大 多 数 在 25 ~ 30 m。 在 此 区 域 开 采 过 程 中 , 受 到 断 层 DF10、 F25、 F21 及 位 于 工 作 面 中 辅 运 巷 未 揭 露 的 共 8 条 断 层 的 影 响 。 受 采 动 影 响 后 赋 存 在 煤 岩 中 的 原 始 应 力 会 重 新 分 布 , 在 多 条 断 层 的 侧 向 应 力 的 共 同 作 用 下 , 在 辅 运 巷 控 制 点 F17 及 F16 的 附 近 形 成 高 应 力 区 ; 此 区 域 距 离 X8 陷 落 柱 很 近 , 最 小 距 离 约 为 30 m。 陷 落 柱 的 侧 向 影 响 范 围 与 多 条 断 层 形 成 的 高 应 力 区 有 所 重 叠 ; 同 时 此 区 域 位 于 向 斜 构 造 带 , 赋 存 大 量 的 构 造 应 力 , 煤 岩 较 为 破 碎 , 完 整 性 更 差 。 因 此 , 此 区 域 在 多 条 断 层 的 共 同 影 响 下 形 成 的 高 应 力 、 陷 落 柱 的 侧 向 应 力 及 向 斜 的 构 造 应 力 的 耦 合 作 用 下 , 受 到 采 动 应 力 影 响 , 应 力 会 有 所 释 放 并 重 新 分 布 , 同 时 会 增 大 原 本 完 整 性 比 较 差 的 底 板 煤 岩 深 度 , 所 以 此 区 域 的 底 板 破 裂 深 度 持 续 较 高 。 此 区 域 内 动 突 水 系 数 最 大 的 位 置 位 于 工 作 面 累 计 进 尺 至 2 008 m 处 附 近 , 即 辅 运 巷 控 制 点 F15 前 方 3 m 处 附 近 , 动 突 水 系 数 为 0 013 2 MPa / m, 属 于 带 压 开 采 安 全 阶 段 。 1 024. 0 0. 003 2 4 900 1 023. 0 0. 003 2 4 920 1 021. 2 0. 003 2 4 940 1 020. 7 0. 003 3 4 960 8 4 5 2 5 0 3 7 6 8 560 12 1 014. 9 0. 003 7 4 980 580 600 620 640 5 2 6 2 1 019. 1 0. 003 8 5 000 1 019. 6 0. 004 1 5 020 1 013. 6 0. 004 6 5 040 1 015. 5 0. 004 7 5 060 1 004. 0 0. 007 1 1 005. 1 0. 006 5 1 003. 6 0. 006 3 1 007. 0 0. 005 7 1 007. 4 0. 005 4 660 26 680 30 700 20 989. 2 983. 3 991. 7 0. 007 0 5 080 0. 008 0 5 100 12 1 005. 0 0. 005 4 0. 007 3 5 ꢀ 结 ꢀ 论 ( 1) 针 对 平 朔 集 团 井 工 一 矿 特 厚 煤 层 综 放 工 作 面 底 板 突 水 灾 害 , 通 过 建 立 高 精 度 微 地 震 监 测 系 统 , 实 现 了 采 场 围 岩 三 维 破 裂 场 的 动 态 观 测 。 ( 2) 提 出 “ 动 态 突 水 系 数 ” 的 基 本 概 念 和 计 算 方 法 , 结 合 微 地 震 观 测 结 果 和 工 作 面 地 质 条 件 , 计 算 了 工 作 面 回 采 过 程 中 不 同 阶 段 的 突 水 系 数 , 工 作 面 向 斜 轴 部 以 西 90 m 动 突 水 系 数 达 到 峰 值 , 但 小 于 带 压 开 采 突 水 危 险 标 准 , 该 工 作 面 回 采 期 间 无 突 水 危 险 。 ( 3) 通 过 动 突 水 系 数 和 底 板 破 裂 深 度 的 对 比 研 究 , 动 突 水 系 数 峰 值 位 置 与 底 板 最 大 破 裂 深 度 位 置 具 有 明 显 的 时 空 差 异 , 且 底 板 破 裂 深 度 峰 值 超 前 于 动 突 水 系 数 峰 值 , 对 于 矿 山 的 防 治 水 工 作 有 着 因 地 制 宜 的 指 导 意 义 。 ( 4) 以 高 精 度 微 地 震 技 术 作 为 获 取 底 板 破 裂 深 度 的 手 段 , 进 而 获 得 底 板 的 动 突 水 系 数 的 方 法 能 较 好 地 反 映 工 作 面 回 采 过 程 中 底 板 采 动 破 坏 深 度 的 动 态 变 化 过 程 , 为 煤 矿 底 板 突 水 实 时 预 测 、 预 报 提 供 了 一 种 新 的 评 价 方 法 , 对 其 他 类 似 矿 山 具 有 借 鉴 作 用 。 图 5ꢀ 工 作 面 底 板 破 裂 深 度 与 动 突 水 系 数 的 关 系 ■ ▲ — 动 突 水 系 数 ; — 底 板 破 裂 深 度 ( 下 转 第 119 页 ) 1 12
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