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深井大采高综放工作面过断层期间冲击地压危险分析汇报人:闫宪磊指导老师:陈学华教授2011年9月汇报内容•问题的提出•SOS微震监测设备简介•14310综放工作面在过断层期间的微震监测分析及冲击危险分析•1305综放工作面回采期间微震事件的规律分析•展望1问题的提出工作面过断层期间的冲击地压危险性问题是冲击地压研究的难点。东滩煤矿，是兖州集团公司动力灾害较为严重的矿井，本文就东滩煤矿深井大采高的特殊开采条件下的工作面过断层期间的冲击危险进行研究分析。2SOS微震监测设备简介SOS微震监测仪主要由井下安装的16个检波测量探头、地面安装的16个通道信号采集站、信号记录器、信号分析仪组成。系统的主要组成部分参见图2.1-图2.4。2.1SOS微震监测设备组成图2.1信号记录仪图2.2信号采集站（16通道）图2.3微震探头图2.4信号分析仪2.2SOS微震监测布置图2.5微震监测点全矿井布置图图2.61305工作面测站移动前后的位置分布314310综放工作面在过断层期间的微震监测及冲击危险性分析3.114310综放工作面概况工作面地面标高为+45.85m～+46.14m，平均+45.99m；工作面平均标高-550m。14310（东）综放工作面平均走向长991m，倾斜宽262.9m，面积260533.90m2。本工作面回采3、3上、3下煤层，内生裂隙发育，煤层硬度中等。煤层总的平均开采厚度为8.79m。工作面煤层顶底板岩性见表3-1。表3-114310（东）综放工作面煤层顶底板状况表工作面布置图如图3-1。东滩煤矿自2010年5月份正式使用SOS微震监测系统，对14310综放工作面回采过程中的微震活动进行实时监测定位。获得了在回采过NF6正断层期间的震源点的时空变化与能量变化情况，本文选取了部分震源分布比较活跃、集中、强烈的微震监测结果进行分析比较。做出在过NF6断层期间垂直方向上微震事件的分布如图3-2所示。3.2工作面断层区域微震活动规律图3.2震源点随回采进度在垂直方向上的分布变化根据回采进度的不断推进，绘制了回采过断层期间，微震次数和能量的变化情况如图3.3。图3.314310综放回采过断层期间能量和次数变化柱状图建立数值模型，模型范围为1138m×220m，如图3.4所示。模型左侧和右侧均限制X方向位移，下部限制X、Y方向位移，本次数值模拟岩层属性参照取自东滩煤矿14310工作面的东49钻孔资料。3.3工作面过断层期间的冲击危险分析图3.4数值模拟模型图3.5工作面支承压力分布图3.5为工作面由断层下盘向断层方向推进，分别距断层80，65，40，20，-5，-30时，工作面支承压力分布图，表3-2为工作面距断层不同距离时工作面支承压力的峰值。距断层距离/m支撑压力/MPa应力集中系数8052.323.356553.373.424070.844.542090.215.78-568.374.38-3070.814.49-5052.033.34-8051.213.28表3-2支承压力峰值图3.6工作面距断层不同距离时围岩的垂直应力分布云图（a）15m（b）0m（c）-20m从图中可以清楚的看到当工作面距断层15m时（图a）断层周围垂直应力分布较为密集，在断层附近有明显的应力集中。当工作面离断层一定距离时，就已经开始破坏了断层围岩的应力分布，当过了断层20m后（图c），断层周围的围岩以基本被破坏，断层附近应力集中程度较小。1305工作面自2010年11月10日正式开始回采，根据SOS微震监测系统记录的矿震资料统计，自2010年11月10日至2011年4月11日这一期间工作面累计进尺435.45m，，1305工作面共发生矿震约为3362次，平均日次数22次/d，最高达到103次/d每天。41305综放工作面回采期间微震事件的规律分析4.11305综放工作面微震事件概况矿震能量E/J矿震次数/次所占百分比/％0≤E＜1×102161047.81×102≤E＜1×103130738.81×103≤E＜1×10442412.61×104≤E＜1×105180.61×105≤E＜1×106001×106≤E＜1×10730.1合计3362100表4-11305工作面矿震统计4.2微震事件规律分析02040608010012011月1011月1611月2211月2812月412月1012月1612月2212月281月31月91月151月211月272月22月82月142月202月263月43月103月163月223月284月34月9日期频次-0.500.511.522.533.517.230.266.270.285.9115143171200227245265288301315331333347358372392413累积进尺震级频次每日累积能量震级图4.21305综放面微震事件震动频次、能量随工作面推进变化图0.00E+00J5.00E+03J1.00E+04J1.50E+04J2.00E+04J2.50E+04J3.00E+04J11月1011月1311月1611月1911月2211月2511月2812月112月412月712月1012月1312月1612月1912月2212月2512月2812月311月31月61月91月121月151月181月21图4.3微震事件总能量随回采进度推进过程中的变化从图4.3中可以看出微震事件总能量在随着工作面不管推进的过程中有着明显的周期变化情况，并且强烈微震活动发生前有一段弱震活动时期，为强震的发生积蓄了更多的能量，预测其与工作面老顶来压有着一定的关系。统计每个来压周期内震源点的分布，由于数据过多，这里仅选取回采至200多米时期震源点的时空分布情况，如图4.3所示。图4.3震源点随着回采进度推进过程中水平位置的变化根据1305工作面自2010年11月10号初采开始至2011年4月11号共152天的不同开采速度，将开采速度分为6类，然后将SOS微震监测系统每天记录到的微震事件依照开采速度归类到不同分档的开采速度中，最后根据数理统计的方法分类统计不同开采速度下不同能量震级的平均日矿震次数、平均日累计震动能量、各能量震动次数的平均日比例。能量范围开采速度/（m·d-1）0—22—33—44—55—6天数/d5021462016平均开采速度/（m·d-1）0.772.293.234.345.51全能量平均日震动次数/次14.3222.7623.9326.9532.85平均日震动能量/×104J0.440.910.941.321.700≤E＜1×102J平均日震动次数/次8.5412.0513.2614.4517.65平均日震动能量/×103J0.390.530.590.610.731×102J≤E＜1×103J平均日震动次数/次5.888.149.419.513.56平均日震动能量/×103J1.572.332.552.923.591×103J≤E＜1×104J平均日震动次数/次0.861.621.52.71.31平均日震动能量/×103J2.264.023.589.234.611×104J≤E＜1×105J平均日震动次数/次0.020.190.150.050.31平均日震动能量/×103J0.232.182.650.508.16表4.2不同开采速度下各能量级别的矿震统计结果y=1.8015x+7.3748R2=0.9768051015200123456开采速度/(m·d-1）平均日震动次数/次y=0.0666x+0.3551R2=0.961200.10.20.30.40.50.60.70.80123456开采速度/(m·d-1）平均日震动能量/×103J（a）0≤E＜1×102Jy=1.4544x+4.6034R2=0.904902468101214160123456开采速度/(m·d-1）平均日震动次数/次y=0.404x+1.2878R2=0.983400.511.522.533.540123456开采速度/(m·d-1）平均日震动能量/×103J（b）1×102J≤E＜1×103J00.511.522.530123456开采速度/(m·d-1）平均日震动次数/次01234567890123456开采速度/(m·d-1）平均日震动能量/×103J（c）1×103J≤E＜1×104J01234567890123456开采速度/(m·d-1）平均日震动能量/×103J00.050.10.150.20.250.30.350123456开采速度/(m·d-1）平均日震动次数/次（d）1×104J≤E＜1×105J图4.5不同开采速度下各能量级别的矿震次数、能量的变化规律结合图3.11和表3.4不难看出，回采工作面的推进速度与低能量（E＜1×103）的矿山震动之间存在着明显的线性关系。这在某种程度上说明低能量的矿震事件实际就是在回采过程中直接产生的，即工作面的推进速度越快，产生的矿山震动次数、震动能量也就越高。低能量的矿山震动次数、能量同开采速度之间呈线性关系，而高能量（E≥1×103）的矿震次数、能量与开采速度之间呈非线性的关系。平均日震动次数/次y=3.6236x+12.465R2=0.9636051015202530350123456开采速度/(m·d-1）y=0.2554x+0.2375R2=0.970600.20.40.60.811.21.41.61.80123456开采速度/(m·d-1）平均日震动能量/×104J（e）全部能量实际在工作面的生产过程中很难保证开采速度的稳定性，上边的分析只是从平均开采速度上对矿震次数、能量的变化进行分析。现统计微震事件次数、能量随着时间（即不同开采速度时而变化）变化的不同。由于统计数据太多，现截取集中部分数据做图4.6。1305工作面回采期间每天矿震次数与回采进尺、能量关系图0204060801001203月13月23月33月43月53月63月73月83月93月103月113月123月133月143月153月163月173月183月193月203月213月223月233月243月253月263月273月283月293月303月314月14月24月34月44月54月64月74月84月94月104月11日期次数01234567331333334336337340341344347349349349352354356358360362363364366369372375378381383386389392395398401404407410413417420426432437进尺（m）震级（日进尺m）每日次数每日最大震级日进尺图4.61305工作面每天矿震次数与回采进尺、能量关系图图4.7大能量矿震事件的平面分布统计震源点的范围分布距离工作面的距离如表4.3所示。日期工作面累计进尺采空区影响范围工作面超前影响范围2010年12月1498.825m82.5m85.5m2011年1月9202.7m89.7m175.7m2011年2月15300.2m95.7m151.1m2011年4月2398.675m142.7m123.9m2011年4月22497.125m138.1m101.7m平均值93.24m110.48m表4.3不同阶段的微震事件分布范围图4.8震源点平面分布5展望从上面的工作中可以看出，本文还存在着以下不足，是下一步工作的重点：（1）充分利用微震信号蕴含的信息（频谱），分析多种特征信息，综合解释采矿地质现象。（2）进一步研究矿震致灾影响因素的内在联系，找到它们的共同致灾机理。恳请各位专家批评指正