综放工作面煤层围岩运动规律监测分析.pdf
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1、电力与电子技术Power&Electronical Technology电子技术与软件工程Electronic Technology&Software Engineering92塔山煤矿位于大同市区以南 30 km 处,井田位于大同煤田中东部边缘地带,设计年产量 1500 万吨,为我国首个建成投运的千万吨级矿井。当前,煤矿资源在国内仍然占据着主导地位,提高煤矿开采效率一直都是煤矿行业研究的课题,为了确保安全高效采煤,很有必要加强对煤层围岩运动规律进行监测研究。当前,西南科技大学黄建功教授指导并参与做的“急倾斜特厚松软煤层采场围岩运规律研究”一文,采用的是相似材料模拟与数值研究方法具有一定的可行
2、性并有利于提高矿井支护方式,提高安全生产水平。西安科技大学邓广哲教授指导并参与做的“孔隙水压作用下急倾斜煤层围岩运动规律研究”一文,由于孔隙水压的影响,顶板岩层的强度和变形模量发生变化,导致围岩破坏和运动规律呈现出与无孔隙水压时不同的特征,同样在提高安全生产上做了极大的努力。本文以塔山煤矿 8103 工作面为研究对象,通过高精度微地震监测,同时采用采矿、力学、地球物理、矿山压力、地质工程等方法,研究同煤塔山特厚煤层综放面围岩运动的规律,为科学地进行开采设计和矿山压力控制提供科学依据。1 监测目的根据煤岩层破裂和构造活化动态,为特厚煤层综放工作面安全高效开采提供科学的决策依据,煤矿微地震监测系统
3、布置如图 1 所示。其监测的目的如下:(1)利用高精度的微震监测技术,监测特厚煤层综采工作面的岩层、煤层的断裂及相应的应力分布;(2)在开采期间,通过对顶煤、顶板破断状态的监控与分析,找出在回采期间,前部支撑压力分布的变化,为确定合理的前部支撑区段的范围与形态,以及确定合理的停采线位置奠定了基础;(3)在超厚煤层综放工作面上,根据顺槽两边侧向支撑压力的分布情况,合理地确定了综放工作面上的煤柱宽度,为工作面上的巷道布局提供了科学依据,保证了工作面的安全,同时也获得了最大的技术经济利益;(4)利用高精度的微震观测资料,研究“闷墩”成因及隐伏构造的激活动力学过程,并对由异常压强及构造活动引起的潜在灾
4、变进行预警。2 微震监测的主要成果经过三个月的地面准备和井下高精度微震监测系统安装,于 2021 年 10 月 2022 年 1 月进行了现场监测工作,监测期间 8103 工作面推进 398m。2.1 微震波形的塔山传播模式及速度2.1.1 微震波形的塔山传播模式塔山微震波以煤岩分裂模式传播,塔山典型波形如图 2 所示,微地震传播特征如图 3 所示。震源定位采用 综放工作面煤层围岩运动规律监测分析李珂(晋能控股煤业集团 挖金湾煤业有限责任公司 山西省大同市 037042)摘要:本文以塔山煤矿 8103 工作面煤层围岩运动规律为研究对象,通过采用高精度微地震监测系统,对综放工作面开采过程中的岩层
5、、煤层破裂和相关的应力场变化情况进行了监测,并根据监测结果分析了超前、侧向支承压力分布变化规律,揭示了“闷墩”原因和隐伏构造的活化动态。通过分析得知:(1)得到了塔山煤矿微地震传播特征,及微地震波的传播速度;(2)所做的工作为科学地进行开采设计和矿山压力控制提供科学依据。关键词:监测系统;微地震监测;检波器;应力场;监测结果图 1:煤矿微地震监测系统布置电力与电子技术Power&Electronical Technology电子技术与软件工程Electronic Technology&Software Engineering93“四-四”定位法。任意两个检波器的距离差除以它们的到时差都可以得到
6、一个速度值,这样就可以得到一系列的速度值如表1 所示。如图 3 所示,经计算得出塔山矿区底板岩体的微震波速为 4.24 米/毫秒,并与实测值进行了对比。根据同理可以得出,在顶板上,微震的传播速率是 3.99 米/毫秒,而平均为 4.12 米/毫秒。2.1.2 微震监测系统标定在井下设置了监测系统之后,要对地震检波器及系统进行爆破校准,并获取地震波在不同介质中的传播速率、平均传播速率、能量衰减率、校准定位精度等信息。发射过程和波形特点:于 2021 年 11 月 18 日下午 3 时11 分 31 秒,校准大炮成功发射。在发射后,所有的地震检测器都采集到了有效的信号。在实际应用中,因其源区特性及
7、传输媒质特性的不同,导致其定位精度有一定的起伏,一般在 10 米之内。2.2 随工作面推进微震显现规律2.2.1 微地震揭示的 8103 工作面岩层超前破裂图 4 为 2012 年至 31 日间发生的微地震的平面剖面图。如图 4 所示,随着采面的推进,岩层的移动幅度越来越大,8103 采面高位顶板超前煤壁 75 m 开始破裂,两条穿面断层在采面前方 227 m 处开始活化。在该地区,表 1:弹性波传播速度计算表组合C1-E2C1-F2D1-E2D1-F2E2-F2距离差/m96.8-23.7152.6-23.796.8-33.8152.6-33.8152.6-96.8到时差/ms150.2-1
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