東灘煤礦六采區(qū)大能量礦震發(fā)生規(guī)律分析

魏煥偉 李 攀 王光民

（兗礦集團煤礦沖擊地壓防治研究中心，山東 鄒城 273500）

1 東灘煤礦六采區(qū)概況

東灘井田地處鄒城、兗州、曲阜三市區(qū)接壤地帶，在地質(zhì)構(gòu)造上位于兗州向斜的核部和深部。六采區(qū)位于東灘井田南翼，采區(qū)北至工業(yè)廣場保安煤柱和四采區(qū)邊界，南到井田邊界煤柱，與南屯煤礦毗鄰，西至四采區(qū)邊界，東至嶧山斷層煤柱。六采區(qū)目前回采3上煤，煤層平均厚5.2m。煤層上方存在一層厚度514～529m紅色砂巖層，距煤層0～90m，自工作面切眼向停采線方向間距逐漸增大。該巨厚紅層的運動是誘發(fā)大能量礦震的主要原因[1-2]。3上煤層經(jīng)鑒定具有弱沖擊傾向性，六采區(qū)地面標高平均+48.43m，井下標高-650m～ -750m，綜合評價具有弱沖擊危險。

東灘煤礦裝備了SOS微震監(jiān)測系統(tǒng)，用于礦井采動影響區(qū)域的監(jiān)測。自2015年12月至今，六采區(qū)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。已開采的三個工作面累計發(fā)生2.0級以上礦震98次，大能量的礦震發(fā)生時地面建筑物和井下采掘工作面均震感明顯[3]。因此分析六采區(qū)已采工作面的礦震發(fā)生規(guī)律，為接續(xù)工作面的安全開采及礦震防治提供參考。

2 六采區(qū)已采工作面礦震發(fā)生情況

63上04工作面共發(fā)生2.0級以上震動35次，占震動總次數(shù)的1.6%，最大級別礦震為2.71級，發(fā)生在采空區(qū)上方頂板，距工作面418.4m，距切眼36.3m。63上05工作面共發(fā)生2.0級以上震動55次，占震動總次數(shù)的0.7%，最大級別礦震為3.04級，發(fā)生在采空區(qū)上方180m高位頂板，距工作面465m，距切眼205m。63上03工作面共發(fā)生能量大于105J的震動19次，占震動總次數(shù)的2.6%，震級在2.0級以上的8次，最大級別礦震為2.41級，發(fā)生在采空區(qū)切眼附近，距工作面93m。

據(jù)統(tǒng)計分析，工作面附近以小能量事件為主，大能量事件主要發(fā)生在采空區(qū)后方70～220m、煤層上方60～220m的高位巖層中，其中最大級別震動發(fā)生在切眼附近或距切眼205m范圍內(nèi)。具體統(tǒng)計見表1。

表1 六采區(qū)已采工作面大能量礦震統(tǒng)計表

3 工作面開采期間大能量礦震平面位置分析

3.1 首次大能量礦震

六采區(qū)首采63上04工作面首次發(fā)生1.5級以上礦震（1.9級）時，工作面平均進尺53m；首次發(fā)生2.0級以上礦震（2.1級），工作面平均進尺135m。63上05工作面首次發(fā)生1.5級以上礦震（1.5級），工作面平均進尺50m；首次發(fā)生2.0級以上礦震（2.4級），工作面平均進尺255m。63上03工作面首次發(fā)生1.5級以上礦震（1.6級），工作面平均進尺57m；首次發(fā)生2.0級以上礦震，工作面平均進尺108m。

工作面推采50～57m（平均53m，即初次來壓期間）時，首次發(fā)生1.5級以上礦震事件；工作面推采108～255m（平均166m）時，首次發(fā)生2.0級以上礦震事件。63上06工作面開采前采取低位斷頂措施，初次來壓期間未發(fā)生1.5級以上礦震。分析提前對關(guān)鍵層采取斷頂措施，可有效減弱初次來壓期間發(fā)生礦震的強度。首次發(fā)生2.0級礦震時，工作面平均進尺為108m，與已采工作面統(tǒng)計規(guī)律基本一致。

3.2 工作面后采空區(qū)

63上04工作面開采期間發(fā)生2.0級以上礦震35次，其中發(fā)生在采空區(qū)的礦震34次，發(fā)生在工作面前方或兩側(cè)順槽附近的僅有1次，占比為2.9%，工作面平均進尺584m，屬于采空區(qū)二次見方影響范圍內(nèi)。63上05、63上03工作面開采期間發(fā)生的2.0級以上礦震均位于工作面后采空區(qū)。

六采區(qū)工作面開采期間，大能量礦震發(fā)生在工作面后方采空區(qū)可能性較大，發(fā)生在工作面前方的可能性較小。

3.3 見方影響區(qū)

圖1平面圖中，63上04工作面開采期間共發(fā)生39個105J以上微震事件，其中：采空區(qū)一次見方范圍內(nèi)17個，占比43.6%；采空區(qū)二次見方范圍內(nèi)6個，占比15.4%；采空區(qū)三次見方范圍內(nèi)9個，占比23%；采空區(qū)三次見方以外區(qū)域7個，占比18%。

圖2平面圖中，63上05工作面開采期間共發(fā)生54個105J以上微震事件，其中：采空區(qū)一次見方范圍內(nèi)27個，占比50%；雙采空區(qū)一次見方范圍內(nèi)9個，占比16.7%；雙采空區(qū)二次見方范圍內(nèi)16個，占比29.6%；雙采空區(qū)二次見方以外區(qū)域2個，占比3.7%。

圖3平面圖中，63上03工作面開采期間共發(fā)生19個105J以上微震事件，其中：采空區(qū)一次見方范圍內(nèi)14個，占比73.6%；雙采空區(qū)一次見方范圍內(nèi)2個，占比為10.5%；三采空區(qū)一次見方范圍內(nèi)3個，占比15.8%；雙采空區(qū)二次見方以外區(qū)域0個，占比為0%。63上03工作面在雙采空區(qū)、三采空區(qū)見方位置發(fā)生大能量礦震次數(shù)較少，分析主要原因為礦井在該區(qū)域限制了工作面推采速度，日進尺不超過3m。

根據(jù)63上04、63上05和63上03工作面開采期間大能量礦震事件發(fā)生的平面位置分析可知，大能量礦震事件在單采空區(qū)一次見方發(fā)生的頻次是最高的，平均占比為55.7%。即整個工作面開采期間，有一半以上的大能量礦震事件都將發(fā)生在單采空區(qū)見方范圍內(nèi)，其主要原因是煤層上方關(guān)鍵層的初次斷裂都發(fā)生在開切眼附近。在雙采空區(qū)一次見方、二次見方和三采空區(qū)一次見方范圍內(nèi)發(fā)生礦震次數(shù)次之，雙采空區(qū)二次見方或三采空區(qū)見方范圍之外發(fā)生的礦震次數(shù)較少。

4 工作面開采期間大能量礦震剖面位置分析

（1）63上04工作面

由圖1可知，63上04工作面開采初期至876m時（采空區(qū)第三次見方），礦震事件的破裂高度逐漸增加，最大破裂高度位于煤層上方289m。在此范圍內(nèi)頂板破裂高度隨著工作面開采逐漸增加，因此稱該范圍內(nèi)礦震事件為初次斷裂型礦震。此后隨著工作面開采，頂板破裂高度進入平臺期，礦震分布范圍在各個高度均有，將這些礦震稱為周期斷裂型礦震。其中，初次斷裂型礦震次數(shù)為32次，占比為82%，周期斷裂型礦震次數(shù)為7次，占比為18%，最大能量礦震事件均位于初次斷裂型礦震區(qū)域。

圖1剖面中黑粗線下開切眼區(qū)域發(fā)生的礦震大部分都在2016年4月以前，黑粗線上方開切眼區(qū)域發(fā)生的礦震大部分都在2016年7～9月，該區(qū)域近三個月頂板破裂高度沒有增加，說明上方區(qū)域存在一層厚硬礦震關(guān)鍵層，阻隔了工作面開采導致的頂板破裂高度的正常有序上升。

圖1 63上04工作面回采期間105J以上大震動事件發(fā)生平剖面位置圖

（2）63上05工作面

由圖2可知，63上05工作面開采初期至712m時，礦震事件的破裂高度逐漸增加，最大破裂高度位于煤層上方196m。在此范圍內(nèi)礦震事件為初次斷裂型礦震，此后礦震稱為周期斷裂型礦震。其中：初次斷裂型礦震次數(shù)為38次，占比70%，周期斷裂型礦震次數(shù)為16次，占比30%，且最大能量礦震事件均位于初次斷裂型礦震區(qū)域。

圖2 63上05工作面回采期間105J以上大震動事件發(fā)生平剖面位置圖

（3）63上03工作面

由圖3可知，63上03工作面開采初期至349m時，礦震事件的破裂高度逐漸增加，最大破裂高度位于煤層上方140m。在此范圍內(nèi)礦震事件為初次斷裂型礦震，此后礦震稱為周期斷裂型礦震。其中：初次斷裂型礦震次數(shù)為14次，占比為74%，周期斷裂型礦震次數(shù)為5次，占比為26%，且最大能量礦震事件均位于初次斷裂型礦震區(qū)域。

圖3 63上03工作面回采期間105J以上大震動事件發(fā)生平剖面位置圖

通過對比可知，63上04、63上05和63上03工作面開采期間以初次斷裂型礦震為主，占總大能量礦震頻次比例為75%，且頂板破裂高度最大和能量最大的礦震均發(fā)生在初次斷裂型礦震范圍內(nèi)。通過63上03工作面礦震發(fā)生規(guī)律可知，降低工作面推采速度，初次斷裂型礦震和周期斷裂型礦震發(fā)生頻次均大幅降低，但不能完全消除。

5 結(jié)論

通過對東灘煤礦六采區(qū)63上04、63上05和63上03工作面開采期間大能量礦震事件發(fā)生情況進行分析，可以得到以下結(jié)論：

（1）工作面推采50～57m（平均53m，初次來壓）時，首次發(fā)生1.5級以上礦震事件；工作面推采108～255m（平均166m）時，首次發(fā)生2.0級以上礦震事件；工作面開采前采取低位斷頂措施，能夠控制首次大能量礦震發(fā)生的可能性或強度。

（2）工作面開采期間大能量礦震事件發(fā)生在面后采空區(qū)的可能性較大，發(fā)生在工作面前方的可能性較小。

（3）大能量礦震事件在單采空區(qū)一次見方發(fā)生的頻次是最高的，平均占比為55.7%，煤層上方關(guān)鍵層的初次斷裂都發(fā)生在開切眼附近；在雙采空區(qū)一次見方、二次見方和三采空區(qū)一次見方范圍內(nèi)發(fā)生礦震次數(shù)次之；雙采空區(qū)二次見方或三采空區(qū)見方范圍之外發(fā)生的礦震次數(shù)較少。

（4）工作面開采期間以初次斷裂型礦震為主，占大能量礦震總頻次比例為75%，且頂板破裂高度最大和能量最大的礦震均發(fā)生在初次斷裂型礦震范圍內(nèi)。六采區(qū)工作面礦震防治的重點應在工作面開采前400m范圍內(nèi)，后期雖然礦震頻次會大幅下降，但在工作面采空區(qū)見方區(qū)域仍會出現(xiàn)大能量礦震。