司雷 宋士康

摘? 要：利用微震數(shù)據(jù)、周期來壓步距等對深部高礦壓回采工作面不同卸壓強度卸壓效果進(jìn)行效果檢驗，采用大量微震事件，周期來壓步距數(shù)據(jù)為基礎(chǔ)，采用理論分析、數(shù)據(jù)統(tǒng)計、現(xiàn)場實踐等研究手段，探尋不同卸壓強度在深部高礦壓礦井回采工作面生產(chǎn)過程中對降低工作面沖擊危險性起到的關(guān)鍵作用，從而合理施工卸壓鉆孔，優(yōu)化卸壓參數(shù)，保證礦井安全生產(chǎn)。研究結(jié)果表明：工作面補強卸壓區(qū)域微震釋放總能量、微震頻次及來壓步距較常規(guī)卸壓區(qū)域均有較大幅度的降低;強卸壓手段能夠有效的降低工作面微震事件能級與來壓步距，從而一定程度上降低工作面沖擊危險性。

關(guān)鍵詞：卸壓參數(shù);微震頻次;微震能量;周期來壓步距

中圖分類號：TD32? ? ? ? ?文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A? ? ? ? ?文章編號：2095-2945（2020）30-0072-03

Abstract： The effect of pressure relief effect of different pressure relief strength in deep high pressure mining face is tested using microseismic data and periodic pressure step distance， etc.， based on a large number of microseismic events and periodic pressure step distance data. By means of theoretical analysis， data statistics and field practice， this paper explores the key role of different pressure relief strength in reducing the impact risk of the working face in the production process of deep high pressure mining face. Thus， the pressure relief drilling is constructed reasonably， the pressure relief parameters are optimized， and the safety of mine production is ensured. The results show that the total energy released by microearthquakes， the frequency of microearthquakes and the pressure step in the reinforcement and pressure relief area of the working face are greatly lower than those in the conventional pressure relief area， and the strong pressure relief method can effectively reduce the energy level and pressure step of microseismic events in the working face， so as to reduce the impact risk of the working face to a certain extent.

Keywords： pressure relief parameters; microshock frequency; microseismic energy; periodic pressure step distance

高家堡煤礦地質(zhì)儲量9.74億噸，設(shè)計可采儲量4.7億噸，主采延安組4煤層，平均煤厚9.43m。礦井地質(zhì)條件復(fù)雜，具有井深水大、高地壓、高地溫、高瓦斯、高承壓水、軟巖、煤層易自燃等自然災(zāi)害。針對礦井回采工作面不同卸壓方案導(dǎo)致礦井微震事件發(fā)生、周期來壓步距、應(yīng)力分布無明顯規(guī)律制約生產(chǎn)的現(xiàn)狀，因此探尋不同卸壓強度在深部高礦壓礦井回采工作面生產(chǎn)過程中對微震事件發(fā)生、周期來壓步距、降低工作面沖擊危險性起到的關(guān)鍵作用，從而合理施工卸壓鉆孔，優(yōu)化卸壓參數(shù)，保證礦井安全生產(chǎn)。

1 工作面概況

1.1 工作面位置

204工作面為二盤區(qū)第四個工作面，位于二盤區(qū)西翼。該面東部和南部為203工作面采空區(qū)，204和203工作面之間留有7m煤柱;北至四條開拓大巷（西區(qū)輔助運輸大巷、西區(qū)1#回風(fēng)大巷、西區(qū)2#回風(fēng)大巷、西區(qū)膠帶大巷）。204工作面走向長1450m，傾斜寬200m。

1.2 煤層概況

204工作面所采煤層為侏羅系中統(tǒng)延安組4煤，根據(jù)勘探鉆孔及附近巷道實際揭露煤層厚度在5.9～15.0m之間，該面平均厚度為10.99m，普氏硬度系數(shù)f=0.98。

1.3 煤巖沖擊傾向性鑒定

2014年7月，經(jīng)煤科總院北京開采研究所巖石力學(xué)實驗室鑒定，高家堡礦井4煤層（包括上分層、下分層）單軸抗壓強度分別為20.47MPa、18.18MPa，動態(tài)破壞時間分別為278.40ms、303.40ms，彈性能量指數(shù)分別為13.36、11.54，沖擊能量指數(shù)分別為3.20、2.98，屬于Ⅲ類，為強沖擊傾向性煤層;4煤層頂、底板巖層彎曲能量指數(shù)分別為54.52kJ和20.08kJ，均屬于Ⅱ類，為弱沖擊傾向性巖層。

1.4 其它情況

（1）煤塵：有煤塵爆炸性，煤塵爆炸指數(shù)48.65%。

（2）瓦斯：根據(jù)咸陽市煤炭局2015年6月下發(fā)的《關(guān)于2014-2015年度礦井瓦斯等級鑒定結(jié)果的通知》，礦井的絕對瓦斯涌出量為1.54m3/min。

（3）自燃發(fā)火：屬自燃煤層，自燃發(fā)火期37天。

（4）地溫：井田平均地溫梯度為3.18℃/100m，其中非煤系地層平均為1.93℃/100m，煤系地層平均為4.23℃/100m。

綜上所述，高家堡煤礦開采深度大、地質(zhì)構(gòu)造發(fā)育、頂板水豐富，沖擊顯現(xiàn)強度大，因此，基于回采工作面微震數(shù)據(jù)，周期來壓步距研究工作面開采強度與卸壓力度間的關(guān)系尤為重要，為工作面優(yōu)化卸壓參數(shù)、制定防沖方案提供數(shù)據(jù)支撐。

2 回采工作面卸壓效果分析

為探析204工作面防沖工程卸壓效果，擬采取微震數(shù)據(jù)、來壓步距、卸壓力度等方向進(jìn)行探討，選定主采工作面微震勘探范圍，其中范圍上邊界距工作面運輸順槽約200m，下邊界距工作面回風(fēng)順槽約240m（考慮到臨空側(cè)影響）。卸壓工程選定2019年05月至2020年05月時間內(nèi)，工作面回采區(qū)域的防沖工程進(jìn)行分析。

2.1 工作面卸壓工程匯總

統(tǒng)計各回采月份內(nèi)卸壓工程。由數(shù)據(jù)可知，2019年10月及以后回采區(qū)域的卸壓強度明顯高于前期，同時此區(qū)域內(nèi)相應(yīng)卸壓時間短，卸壓時效性強，見表1。

2.2 卸壓效果分析

2.2.1 微震數(shù)據(jù)分析

圖1為工作面開采時間與微震頻次、微震總能量關(guān)系圖，由圖可知，隨著工作面開采，微震日頻次、日釋放總能量整體上可劃分多個區(qū)域：恢復(fù)生產(chǎn)初期區(qū)、常規(guī)卸壓區(qū)、補強卸壓區(qū)。

恢復(fù)生產(chǎn)初期區(qū)：2019年5月至6月中旬時間段，此階段受微震數(shù)據(jù)收集不全等因素，整體上呈現(xiàn)低頻低能現(xiàn)象，加之工作面長時間停采因素，工作面煤巖應(yīng)力趨于穩(wěn)定，回采初期煤巖運動相對較輕。

常規(guī)卸壓區(qū)域：2019年06月中旬至2019年09月，此階段內(nèi)微震釋放總能量明顯增高，排除數(shù)據(jù)收集較全因素外，此階段內(nèi)工作面經(jīng)過一個多月的恢復(fù)生產(chǎn)穩(wěn)定期，覆巖運動加強，加之回采區(qū)域位于向斜翼部，逐漸向軸部移近，地質(zhì)構(gòu)造的存在，進(jìn)一步加強工作面應(yīng)力集中程度。

補強卸壓區(qū)：2019年10月至2020年03月，此階段內(nèi)工作面實施了二輪補強卸壓工程，此階段除10月份微震總能量相對較高，其余月份微震能量處于較低水平，微震頻次處于較高水平，表明能量多以小能量事件釋放。10月份能量較高是因為此時間內(nèi)工作面回采至向斜軸部，加之工作面泄水巷的存在，兩因素造成工作面回采時應(yīng)力集中程度的增高，從而增大能量的釋放。

對比常規(guī)卸壓區(qū)與補強卸壓區(qū)微震數(shù)據(jù)分析可知，常規(guī)卸壓區(qū)內(nèi)微震釋放總能量高，微震頻次低;而補強卸壓區(qū)內(nèi)微震釋放總能量低，微震頻次高。表明補強卸壓區(qū)內(nèi)能量釋放多以小能量事件為主，由此可初步推斷補強卸壓起到了卸壓效果，卸壓工程破壞了煤巖體完整性，降低了其積聚彈性能的能力。

進(jìn)一步分析，常規(guī)卸壓區(qū)域回采時，工作面處于向斜翼部（俯采），補強卸壓區(qū)（去除10月回采區(qū)域位于軸部），工作面也處于向斜翼部（仰采），二者在微震能量、頻次上均有較大差別，進(jìn)一步表明了強卸壓的效果性。

2.2.2 來壓步距數(shù)據(jù)分析

截止2020年5月31日，204工作面共計周期來壓51次，來壓步距變化如圖2所示。由圖可知，常規(guī)卸壓區(qū)域周期來壓步距平均約22.5m，而補強卸壓區(qū)域平均來壓步距約15.2m，縮短了約32.4%。由此觀之。補強卸壓降低了工作面來壓步距，進(jìn)一步降低了覆巖運動釋放的能量級別（微震數(shù)據(jù)反映）。因此，從來壓步距上可以看出補強卸壓后，整體卸壓效果良好。

3 主要結(jié)論

（1）工作面微震事件發(fā)生頻次與能量和卸壓強度一定程度上存在正相關(guān)關(guān)系。微震事件發(fā)生頻次與能量的變化趨勢在一定程度上可以反映工作面應(yīng)力集中程度，為工作面提前采取卸壓解危措施提供參考依據(jù)。

（2）通過工作面回采期間微震監(jiān)測數(shù)據(jù)、工作面來壓步距分析可知，工作面補強卸壓區(qū)域微震釋放總能量、微震頻次及來壓步距較常規(guī)卸壓區(qū)域均有較大幅度的降低。

（3）針對工作面地質(zhì)及開采條件，強卸壓手段能夠有效的降低工作面微震事件能級與來壓步距，從而一定程度上降低工作面沖擊危險性。

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