不规则工作面微震时空演化规律研究.pdf
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1、第46 卷第8 期2023年8 月专题矿井水害探测与防控不规则工作面微震时空演化规律研究煤炭与化工Coal and Chemical IndustryVol.46 No.8Aug.2023周金艳1,2(1.河北煤炭科学研究院有限公司,河北邢台0 5 40 0 0;2.河北省矿井微震重点实验室,河北邢台0 5 40 0 0)摘要:煤矿回采过程中,由于工作面巷道布置、地质条件等因素的影响,不规则工作面出现的情况逐渐增多。不规则工作面回采过程中应力场变化不同于规则工作面,其微震时空演化规律也不同。本文结合梧桐庄矿1 8 2 3 0 0 工作面微震监测数据,分析不规则工作面频次、能量等随时间推进其发育
2、特征,以及空间分布演化规律。研究结果表明,随着工作面倾向长度变化,微震事件频次会呈现正相关变化。工作面倾向长度一直在增大,微震事件数量持续处于高位;随着回采推进,工作面倾向长度变化幅度变小,微震事件频次有所降低。微震事件发育受回采扰动明显,停采后微震事件频次明显降低。回采期间小能量事件频次最多,占比最大,为5 8.8 7%,大能量事件个数最少,说明回采期间岩体破裂尺度微小,未向深部、大尺度扩展延伸。关键词:不规则工作面;微震;时序特征;空间特征中图分类号:TD163Study on temporal and spatial evolution law ofmicroseism in irreg
3、ular working face(1.Hebei Coal Research Institute CO.,LTD.,Xingtai 054000,China;2.Hebei Mine Microseism Key Laboratory,Abstract:In the process of coal mining,due to the influence of working face roadway layout,geological conditions andother factors,the occurrence of irregular working face is gradual
4、ly increasing.The variation of stress field in irregularworking face is different from that in regular working face,and the temporal and spatial evolution law of microseism is alsodiferent.Based on the microseismic monitoring data of No.182300 Face in Wutongzhuang Mine,the frequency and energydevelo
5、pment characteristics of irregular working face,as well as the spatial distribution evolution rule,were analyzed overtime.The main conclusions were as follows:with the change of working face dip length,the frequency of microseismicevents would show a positive correlation change.The inclined length o
6、f the working face was increasing and the number ofmicroseismic events was at a high level.With the advance of mining,the variation range of working face inclined lengthbecame smaller,and the frequency of microseismic events decreased.The development of microseismic events wasobviously disturbed by
7、mining,and the frequency of microseismic events decreased obviously after stoping.During mining,the frequency of small energy events was the largest,accounting for 58.87%,while the number of large energy events wasthe least,which indicated that the rock mass fracture scale was small during mining,an
8、d did not extend to the deep andlarge scale.Key words:irregular face;microseism;time series feature;spatial feature文献标识码:AZhou Jinyant2ingtai 054000,China)文章编号:2 0 9 5-5 9 7 9(2 0 2 3)0 8-0 0 5 7-0 4责任编辑:张彤D0I:1 0.1 9 2 8 6/j.c n k i.c c i.2 0 2 3.0 8.0 1 4基金项目:邢台市重点研发计划社会发展领域专项项目(2 0 2 2 zz048)作者简介
9、:周金艳(1 9 8 5 一),女,河北廊坊人,工程师。引用格式:周金艳.不规则工作面微震时空演化规律研究 J.煤炭与化工,2 0 2 3,46(8):5 7-6 0,6 6.572023年第8 期0 引言煤矿回采过程中,由于工作面巷道布置、地质条件等因素的影响,不规则工作面出现的情况逐渐增多。不规则工作面主要表现为工作面倾向长度的变化,有的变化幅度较大,有的呈现刀把形,其在回采过程中,应力场变化不同于规则工作面。近年来微震技术因其具有监测范围广、实时动态监测等特点被广泛应用于煤矿回采过程中覆岩运动、底板破坏、导水通道监测等。孔令海等基于工作面微震监测数据研究了采动覆岩裂隙空间分布特征;周金艳
10、 2-3 深人挖掘九龙矿微震监测数据对其时空响应特征进行了总结;卢邦稳等对邢东2 2 5 工作面覆岩活动规律和回采巷道采动影响变形规律进行分析。对于规则工作面采动影响下的微震事件时空分布规律已有丰硕的成果,但对于不规则工作面微震事件发育特点总结较少,理论也不完善。因此,本文结合梧桐庄1 8 2 3 0 0 工作面微震实时监测数据,从时间序列、空间分布入手,深入分析其频次、能量、空间分布等规律,为今后类似情况提供参考。1工程概况梧桐庄矿1 8 2 3 0 0 工作面地面标高为+2 1 7 一+238m,煤层底板标高为-6 5 3 一-5 47 m,埋深800m左右。井下位于三采区北翼,东与1 8
11、 2 3 0 0 下工作面以F18断层相隔,西与1 8 2 3 0 2 外下工作面以SF17断层相隔,南为三采区准备大巷,北距182207工作面1 5 0 m。走向长度6 6 2 m,倾向长度56170m,回采煤层为2 煤,平均煤厚为3.5 m,顶底板岩性见表1。该工作面位于神岗向斜两翼,地层走向N20WN5 4E,倾向由SE转为SW,倾角0 2 4,平均1 5。工作面西邻SF17断层,东临F18断层,两断层经周围巷道实际揭露及区域治理钻孔探查,控制程度高,均不导(含)水。表1 顶底板特征Table 1 Characteristics of roof and floor名称老顶直接顶直接底老底
12、细砂岩,厚度为5.8 5 m,深灰色,以石英为主,含少量白云母及黑色矿物,泥质胶结,裂隙发育,具微波状层理煤炭与化工空间特征等分析得出监测日报发送至矿方,重点探查其垂向隐伏导水通道的形成。2微震事件时序特征微震事件随着时间轴的延长呈现出一定的发育特征即为微震事件的时序特征,揭示了微震事件随时间序列变化发生的变化。1 8 2 3 0 0 工作面监测周期为2 0 2 2 年1 月1 2 日7 月1 2 日,监测期间微震事件总数为8 1 7 0 个,日均45 个。2.1频次时序特征频次可以反映煤岩体变形破坏速度,频次越高,裂纹发生发展速度越快。在1 8 2 3 0 0 工作面监测周期内,随着时间推进
13、,频次分布如图1 所示。250微震事件总数回采期三顶板事件200底板时间停采期1501005002022/2/12022/2/222022/3/152022/4/52022/5/72022/6/52022/6/26图1 监测周期内微震事件频次柱状图Fig.1 Microseismic event frequency histogram in monitoring period由图1 可以看出,回采初期微震事件频次较高,应力场内平衡被打破,岩体发生破裂变形,微震事件频繁发育,且随着推进,工作面倾斜长变化幅度较大,围岩破断区不断增大,因此微震事件频次较高;随着回采推进,倾斜长变化幅度减小,且采空区
14、面积不断增大,应力卸荷面积增大,微震事件发育频次有所降低。停采后微震事件频次逐渐降低,也说明微震事件受采动活动影响较多。2.2单日2 4小时玫瑰图将回采周期内数据进行2 4h统计分析,如图2所示,2 煤以浅层段发育密集。野青下山伏青下层段事件在1 3 时发育较多,与回采活动相关。2325022200特征20中砂岩,9.2 5 m,以石英为主,厚层状19砂质页岩厚度为5.43 m,灰黑色,性脆致密18砂质页岩,3.6 4m,灰黑色1716第46 卷日期15010015结合该工作面巷道布置、水文地质条件等,微震监测项目共设计安装单轴检波器1 1 个,2 个监测分站。检波器采用包围式方式布置,检波器
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