Monitoring and Analysis of Rock Burst in Fully Mechanized Caving Face of Thick Coal Seam
焦彪 JIAO Biao；郝雷 HAO Lei；张建军 ZHANG Jian-jun；
史星 SHI Xing；田小兵 TIAN Xiao-bing
（陕西彬长胡家河矿业有限公司，咸阳 713600）
（Shaanxi Binchang Hujiahe Mining Co.，Ltd，Xianyang 713600，China）
摘要：采用微震监测、地音监测及顶板动态监测联合监测手段对胡家河矿401105工作面冲击地压发生规律与微震关系、冲击地压发生规律与工作面矿压规律进行了分析研究。获得了该顶板条件下顶板周期性活动、冲击地压危险区域及冲击地压主要影响因素，为冲击地压防治提供了参考。
Abstract: The relationship between the occurrence regularity for rock burst and seismic events, the relationship between the occurrence regularity for rock burst and strata behavior regularity were analyzed and studied by using microseismic monitoring, sound monitoring and roof dynamic monitoring in 401105 coal face of Hujiahe Mining. The periodic activity of roof, the dangerous area of rock burst and the main influencing factors of rock burst under this roof condition were obtained, which provides a reference for the prevention and control of rock burst
关键词：冲击地压；监测系统；冲击地压危险区域
Key words: rock burst；monitoring system；dangerous region of rock burst
中图分类号：TD324 文献标识码：A 文章编号：1006-4311（2019）27-0137-03
0 引言
煤矿冲击地压的发生，通常是在工作面前方支撑压力区，由应力集中和采动影响下导致的，其表现形式为表面煤岩体的飞出、抛射[1，2]。工作面在开采过程中由于煤体和岩层中的应力激增而产生矿压灾害成为采场主要的安全隐患，已成为亟待解决的工程问题[3]。微震监测和地音监测是冲击地压预测预报技术中较为有效和先进的手段，顶板动态监测是获得工作面回采过程中周期来压规律的有效手段[4~6]。
为了获得401105工作面冲击地压发生规律及矿压显现规律，胡家河矿在401105工作面采用微震监测、地音监测及顶板动态监测联合监测手段对该区域回采期间微震事件、地音事件及顶板变化进行了监测研究。本文基于监测结果对该条件下冲击地压发生规律、顶板运动规律以及微震、地音与冲击地压的相关性进行分析研究。
1 工程概况
胡家河煤矿位于陕西省咸阳市西北部，彬长矿区中北部，井田东西长8.5km，南北宽7.2km，井田面积约55.24km2，可采储量为395.44Mt，井田主要可采煤层为4煤层，煤层一般厚度为10～15.00m，煤层倾角3～5°，煤层埋深为578～817m，平均埋深680m。经鉴定胡家河矿4#煤层具有强冲击倾向性。
401105工作面井下位置为：北侧预留401104综采工作面与中央大巷平行，南侧预留401106综采工作面，西侧为401盘区三条盘区大巷保护煤柱，东侧为401盘区与小庄井田的边界煤柱，位置图如图1所示。该工作面为4号煤层，厚度为19.5～26.5m，平均厚度约22.0m，煤层结构简单，煤层底板埋深664～750m，工作面设计长度1730m，可采长度1485m（平距），倾向长180m开采方式为综采放顶煤方法。直接顶为较易冒落的粉砂岩、砂质泥岩，厚度1.7～8.5m，岩石饱和抗压强度为0.6～25.8MPa；基本顶：中砂岩、粗砂岩，厚度10.2～20.0m，岩石饱和抗压强度为6.7～17.2MPa。根据矿井地质预报，401105工作面回采期间主要受A2背斜、A3向斜、DF6正断层和DF7正断层的影响，401105工作面褶曲和断层分布如图2所示。
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2 厚煤层综放工作面冲击危险性多参量预测
厚煤层综放工作面冲击地压的预测无法利用单一指标来完成，需要多参量耦合进行预测。根据厚煤层综放工作面微震监测、地音监测、工作面支架工作阻力等监测结果分析了回采过程采场应力变化特征，通过这些指标的耦合确定厚煤层综放工作面发生冲击失稳的危险区域。
2.1 监测方案及测站布置
ARAMIS M/E微震监测系统用以监测工作面回采期间宏观破裂现象（煤炮），其结构图如图3（a）所示，401105工作面微震监测系统在两顺布置的探头T1、T5和拾震器S4、S8，布置如图3（b）所示。AARES-5/E地音监测系统用以监测工作面回采期间微观破裂现象，其结构图如图4（a）所示，401105工作面地音监测系统在工作面两顺槽超前100m范围内安装地音探头D7、D8、D4和D5进行监测，布置如图4（b）所示。KJ653顶板监测系统用以监测工作面支架工作阻力变化特征，KJ653顶板动态监测系统布置如图5所示。
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2.2 微震监测结果分析
为了分析工作面回采期间微震监测结果，选取了工作面初采及末采冲击地压监测区域预警图进行分析。结合图2及图6及分析结果表明：随着工作面的推采，工作面前方无褶曲、断层、水仓、联巷等，震动事件主要分布于超前工作面200m范围内；工作面前方有褶曲、断层、水仓、联巷等，受其影响震动事件主要分布于超前工作面300m范围内。
2.3 地音监测结果分析
为了分析工作面回采期间地音监测结果，选取了工作面初采期间401105运输巷D5地音探头在线监测预警图进行分析。根据图7分析结果表明地音预警强危险期间与冲击变形能时序预警及微震多指标综合预警都较好的吻合，地音能量危险系数及地音事件数危险系数增高预示着将会发生且大能量事件。
2.4 支架工作阻力监测结果分析
采用KJ653顶板监测系统用以监测工作面支架工作阻力进行监测，矿压监测预警云图如图8所示。通过分析图8发现云图工作面顶板周期来压情况及工作面顶板压力较高区域，而现场微震的定位正在这片来压区域的前方。
3 结论
①401105工作面冲击地压监测系统采用微震、地音和应力在线监测联合监测方法，该监测方法以微震监测为主、其它方法为辅的监测手段基本可以实现冲击地压预测预报目的；地音监测与微震监测存在正相关关系。
②工作面周期来压及构造对冲击地压影响较大，尤其是受两者共同影响时，冲击地压发生概率及释放能量明显增大；存在构造或联巷区域的冲击地压影响范围为300m。
③微震事件随时间的变化能够反映顶板的周期性活动规律，通过微震活动超前于支架压力变化的这一现象来对工作面周期来压做出预测。
参考文献：
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