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1482020 年第 8 期 东滩煤矿六采区大能量矿震发生规律分析 魏焕伟 李 攀 王光民 （兖矿集团煤矿冲击地压防治研究中心，山东 邹城 273500） 摘 要 东滩煤矿六采区 63上04、63上05 综采工作面和 63上03 综放工作面已开采完毕，工作面回采期间均频繁发生大能 量矿震事件，引起地面和井下震动。通过分析六采区已开采工作面大能量矿震发生规律，为采区后续工作面以及类似条件 工作面的矿震活动分析及防治工作提供参考。 关键词 煤矿 矿震 微震监测 中图分类号 TD32 文献标识码 B doi10.3969/j.issn.1005-2801.2020.08.049 Analysis on Occurrence Law of High Energy Mine Earthquake in No.6 Mining Area of Dongtan Coal Mine Wei Huan-wei Li Pan Wang Guang-min Yankuang Group Coal Mine Impact Ground Pressure Control Research Center, Shandong Zoucheng 273500 Abstract The full-mechanized face of 63up04, 63up05 and 63up03 in No.6 mining area of Dongtan Coal Mine have been mined out, and the large energy mine earthquake events occur frequently during the mining period of the working face, which causes surface and underground vibration. By analyzing the occurrence law of large energy mine in mining face in No.6 mining area, it provides reference for the analysis and prevention of mine earthquake activity in mining face and similar working face. Key words coal mine mine earthquake micro seismic monitoring 收稿日期 2020-04-30 作者简介 魏焕伟（1987-），男，2010 年毕业于山东科技大学矿 井建设专业，本科，学士，工程师，现主要从事煤矿冲击地压防治 研究管理工作。 1 东滩煤矿六采区概况 东滩井田地处邹城、兖州、曲阜三市区接壤地 带，在地质构造上位于兖州向斜的核部和深部。六 采区位于东滩井田南翼，采区北至工业广场保安煤 柱和四采区边界，南到井田边界煤柱，与南屯煤 矿毗邻，西至四采区边界，东至峄山断层煤柱。 六采区目前回采 3上煤，煤层平均厚 5.2m。煤层上 方存在一层厚度 514529m 红色砂岩层，距煤层 090m， 自工作面切眼向停采线方向间距逐渐增大。 该巨厚红层的运动是诱发大能量矿震的主要原因 [1- 2]。3 上煤层经鉴定具有弱冲击倾向性，六采区地面 标高平均 48.43m，井下标高 -650m -750m，综合 评价具有弱冲击危险。 东滩煤矿装备了 SOS 微震监测系统，用于矿井 采动影响区域的监测。自 2015 年 12 月至今，六采 区已采工作面有 63上04、63上05、63上03 工作面， 目前正在推采 63上06 工作面。已开采的三个工作面 累计发生 2.0 级以上矿震 98 次，大能量的矿震发生 时地面建筑物和井下采掘工作面均震感明显 [3]。因 此分析六采区已采工作面的矿震发生规律，为接续 工作面的安全开采及矿震防治提供参考。 2 六采区已采工作面矿震发生情况 63上04 工作面共发生 2.0 级以上震动 35 次， 占震动总次数的 1.6％，最大级别矿震为 2.71 级， 发生在采空区上方顶板，距工作面 418.4m，距切 眼 36.3m。63上05 工作面共发生 2.0 级以上震动 55 次，占震动总次数的 0.7％，最大级别矿震为 3.04 级，发生在采空区上方 180m 高位顶板，距工作面 465m，距切眼 205m。63上03 工作面共发生能量大 于 105J 的震动 19 次，占震动总次数的 2.6％，震级 在 2.0 级以上的 8 次，最大级别矿震为 2.41 级，发 生在采空区切眼附近，距工作面 93m。 据统计分析，工作面附近以小能量事件为主， 大能量事件主要发生在采空区后方 70220m、煤层 1492020 年第 8 期 上方 60220m 的高位岩层中，其中最大级别震动发 生在切眼附近或距切眼 205m 范围内。具体统计见 表 1。 表 1 六采区已采工作面大能量矿震统计表 工作面2.0 级以上震动最大级别震动及平面位置 63上04 工作面 35 次，占比 1.6 2.71 工作面后 418.4m，距切眼 36.3m 63上05 工作面 55 次，占比 0.7 3.04 工作面后 465m，距切眼 205m 63上03 工作面 8 次，占比 1.1 2.41 工作面后 93m，距切眼 205m 3 工作面开采期间大能量矿震平面位置分析 3.1 首次大能量矿震 六采区首采 63上04 工作面首次发生 1.5 级以上 矿震 （1.9级） 时， 工作面平均进尺53m；首次发生2.0 级以上矿震（2.1 级），工作面平均进尺 135m。63 上05 工作面首次发生 1.5 级以上矿震（1.5 级），工 作面平均进尺 50m；首次发生 2.0 级以上矿震（2.4 级），工作面平均进尺 255m。63上03 工作面首次 发生 1.5 级以上矿震（1.6 级），工作面平均进尺 57m；首次发生 2.0 级以上矿震，工作面平均进尺 108m。 工作面推采 5057m（平均 53m，即初次来压 期间）时，首次发生 1.5 级以上矿震事件；工作面 推采 108255m（平均 166m）时，首次发生 2.0 级 以上矿震事件。63上06 工作面开采前采取低位断顶 措施，初次来压期间未发生 1.5 级以上矿震。分析 提前对关键层采取断顶措施，可有效减弱初次来压 期间发生矿震的强度。首次发生 2.0 级矿震时，工 作面平均进尺为 108m，与已采工作面统计规律基 本一致。 3.2 工作面后采空区 63上04 工作面开采期间发生 2.0 级以上矿震 35 次，其中发生在采空区的矿震 34 次，发生在工作 面前方或两侧顺槽附近的仅有 1 次，占比为 2.9， 工作面平均进尺 584m，属于采空区二次见方影响 范围内。63上05、63上03 工作面开采期间发生的 2.0 级以上矿震均位于工作面后采空区。 六采区工作面开采期间，大能量矿震发生在工 作面后方采空区可能性较大，发生在工作面前方的 可能性较小。 3.3 见方影响区 图 1 平面图中，63上04 工作面开采期间共发生 39 个 105J 以上微震事件，其中采空区一次见方范 围内17个， 占比43.6 ； 采空区二次见方范围内6个， 占比 15.4；采空区三次见方范围内 9 个，占比 23；采空区三次见方以外区域 7 个，占比 18。 图 2 平面图中，63上05 工作面开采期间共发生 54 个 105J 以上微震事件，其中采空区一次见方范 围内 27 个，占比 50；双采空区一次见方范围内 9 个，占比 16.7；双采空区二次见方范围内 16 个， 占比 29.6；双采空区二次见方以外区域 2 个，占 比 3.7。 图 3 平面图中，63上03 工作面开采期间共发生 19 个 105J 以上微震事件，其中采空区一次见方范 围内 14 个，占比 73.6；双采空区一次见方范围内 2个， 占比为10.5；三采空区一次见方范围内3个， 占比 15.8；双采空区二次见方以外区域 0 个，占 比为 0。63上03 工作面在双采空区、三采空区见 方位置发生大能量矿震次数较少，分析主要原因为 矿井在该区域限制了工作面推采速度，日进尺不超 过 3m。 根据 63上04、63上05 和 63上03 工作面开采期 间大能量矿震事件发生的平面位置分析可知，大能 量矿震事件在单采空区一次见方发生的频次是最高 的，平均占比为 55.7。即整个工作面开采期间， 有一半以上的大能量矿震事件都将发生在单采空区 见方范围内，其主要原因是煤层上方关键层的初次 断裂都发生在开切眼附近。在双采空区一次见方、 二次见方和三采空区一次见方范围内发生矿震次数 次之，双采空区二次见方或三采空区见方范围之外 发生的矿震次数较少。 4 工作面开采期间大能量矿震剖面位置分析 （1）63上04 工作面 由图 1 可知，63上04 工作面开采初期至 876m 时（采空区第三次见方），矿震事件的破裂高度逐 渐增加，最大破裂高度位于煤层上方 289m。在此范 围内顶板破裂高度随着工作面开采逐渐增加，因此 称该范围内矿震事件为初次断裂型矿震。此后随着 工作面开采，顶板破裂高度进入平台期，矿震分布 范围在各个高度均有，将这些矿震称为周期断裂型 矿震。其中，初次断裂型矿震次数为 32 次，占比为 1502020 年第 8 期 82，周期断裂型矿震次数为 7 次，占比为 18， 最大能量矿震事件均位于初次断裂型矿震区域。 图 1 剖面中黑粗线下开切眼区域发生的矿震大 部分都在 2016 年 4 月以前，黑粗线上方开切眼区 域发生的矿震大部分都在 2016 年 7 ～ 9 月，该区 域近三个月顶板破裂高度没有增加，说明上方区域 存在一层厚硬矿震关键层，阻隔了工作面开采导致 的顶板破裂高度的正常有序上升。 图 1 63上04 工作面回采期间 105J 以上大震动事件发生 平剖面位置图 （2）63上05 工作面 由图2可知， 63上05工作面开采初期至712m时， 矿震事件的破裂高度逐渐增加，最大破裂高度位于 煤层上方 196m。在此范围内矿震事件为初次断裂 型矿震，此后矿震称为周期断裂型矿震。其中初 次断裂型矿震次数为 38 次，占比 70，周期断裂 型矿震次数为 16 次，占比 30，且最大能量矿震 事件均位于初次断裂型矿震区域。 图 2 63上05 工作面回采期间 105J 以上大震动事件发生 平剖面位置图 （3）63上03 工作面 由图3可知， 63上03工作面开采初期至349m时， 矿震事件的破裂高度逐渐增加，最大破裂高度位于 煤层上方 140m。在此范围内矿震事件为初次断裂 型矿震，此后矿震称为周期断裂型矿震。其中初 次断裂型矿震次数为 14 次，占比为 74，周期断 裂型矿震次数为 5 次，占比为 26，且最大能量矿 震事件均位于初次断裂型矿震区域。 图 3 63上03 工作面回采期间 105J 以上大震动事件发生 平剖面位置图 通过对比可知，63上04、63上05 和 63上03 工作 面开采期间以初次断裂型矿震为主，占总大能量矿 震频次比例为 75，且顶板破裂高度最大和能量最 大的矿震均发生在初次断裂型矿震范围内。通过 63 上03 工作面矿震发生规律可知，降低工作面推采速 度，初次断裂型矿震和周期断裂型矿震发生频次均 大幅降低，但不能完全消除。 5 结论 通过对东滩煤矿六采区 63上04、63上05 和 63上 03 工作面开采期间大能量矿震事件发生情况进行分 析，可以得到以下结论 （1）工作面推采 5057m（平均 53m，初次来 压）时，首次发生 1.5 级以上矿震事件；工作面推 采 108255m（平均 166m）时，首次发生 2.0 级以 上矿震事件；工作面开采前采取低位断顶措施，能 够控制首次大能量矿震发生的可能性或强度。 （2）工作面开采期间大能量矿震事件发生在 面后采空区的可能性较大，发生在工作面前方的可 能性较小。 （3）大能量矿震事件在单采空区一次见方发 生的频次是最高的，平均占比为 55.7，煤层上方 关键层的初次断裂都发生在开切眼附近；在双采空 区一次见方、二次见方和三采空区一次见方范围内 发生矿震次数次之；双采空区二次见方或三采空区 见方范围之外发生的矿震次数较少。 （4）工作面开采期间以初次断裂型矿震为主， 占大能量矿震总频次比例为 75，且顶板破裂高度 最大和能量最大的矿震均发生在初次断裂型矿震范 围内。六采区工作面矿震防治的重点应在工作面开 采前400m范围内， 后期虽然矿震频次会大幅下降， 但在工作面采空区见方区域仍会出现大能量矿震。 【参考文献】 （下转第 154 页） 1542020 年第 8 期 ［1］ 周超，王富奇，姜福兴，等 . 原岩应力和构造应 力耦合型矿震发生机理研究[J].矿业研究与开发， 2019，39（11）43-46. ［2］ 李伟 . 鲍店煤矿矿震规律初探 [J]. 山东煤炭科技， 【参考文献】 ［1］ 吴中海．活断层的术语、研究进展及问题思考 [J] ．地球科学与环境学报，2018，40（06）706- 726． ［2］ SLEMMONS D B, MCKINNEY R. 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