郭浩盛 李路路
内蒙古黄陶勒盖煤炭有限责任公司，内蒙古 鄂尔多斯 017000
摘要：微震监测设备用于综采面长期监测，因为它关乎到综采面工作推进过程中临空巷道矿压问题和高冲击风险问题。微震能量局部空洞的形成趋势和推力推进曲线可作为评价重大能量事件或岩石破裂发生的依据，微震频率曲线和产生的能量曲线显示了峰谷的两种极端状态。基于此，本文对微震监测的综采面冲击地压防治技术进行分析。
关键词：微震监测；综采面冲击地压；防治技术
引言：冲击地压是世界煤矿最严重的灾害之一。随着我国煤矿开采深度的不断加深，岩石灾害日趋严重，已成为重大灾害之一，对环境的影响也越来越大。尽管国内外科学家在发生机制方面取得了重大进展，目前，微震监测技术在国内外爆炸监测领域的应用比较广泛，精度相对较高。
1工作面概况
该综采面是内蒙古某煤矿东翼第一盘区继首采工作面后的第二个工作面，其长320米，弦长4160米，煤厚5.5米，有三条山体轨迹，其中21103回风巷为21102辅助运输车道前期预留轨道，21103拆除期间，回风巷受21102泥炭侧向拉力与推力压力叠加影响，前段围岩变形严重，顶板和底板的移动高度高达1.5-2m，有时还伴有抛石或锚索坍塌的冲击现象。
2微震时空演化规律分析
2.1时间序列上的演化规律分析
根据21103工作面历史微震监测数据，通过计算频率，计算出微量事件的能量频率序列曲线[1]，每5天确定一次释放能量和进度数据作为计算单位，随着工作面的推进，微车事件的日总能量与频率基本正相关，并有趋势性，某些部分的频率仍然落后于日总能量，而日总能量通常存在于重大能量事件发生后的1-2天内。造成这种现象的原因是，随着大能量事件的振动，煤岩裂隙正在扩展，在采矿失败的情况下，裂隙很快破裂，并以贫能事件的形式释放出一些剩余的弹性性质。微震频率对推力过程的变化反应更为敏感，表明推力速率越高；微震能量的变化与整体推进程度一致，但在某些部位存在空洞。其主要原因是，推进程度越高，扰动对煤岩弹性性质的收集越多，弹性能可以一直收集，也可以通过穿透煤岩裂隙立即释放。因此，空壳的形成趋势是大空壳发生的基础。
2.2空间上的演化规律
以工作阶段中部为轴，微震事件主要分布在工作阶段中部至后气道，在160m、180m区间内出现了两种微震频率和释放能量曲线的极端状态。结果表明，受集中静应力影响的煤柱区是在工作面退化时的能量收集过程中，由于回风巷薄弱，容易发生碰撞事件。21103南侧50m拱顶已完全破碎，泥炭基本饱满；从工作阶段以南50m到工作阶段石墙，该区域发生了9.5%的微冻事件，主要由破碎顶板的压实过程引起；74%以上的微地震发生在工作面前方0-300m范围内。该区域受表面退化影响最大。煤体顶板受泥炭基顶的弯曲、下沉、断裂和剧烈起伏的影响，该区微震事件释放的能量占21103微震事件总能量的90%以上。
2.3微震事件发生层位分析
在21103工作面过程中，微震事件主要分布在煤网上下20-40m区域，团簇现象发生在煤网上下10-20m区域。4级以上的微震事件主要分布在煤网10-20m范围内，有的发生在煤网以上20-40m范围内，通过对21103工作区直接顶和底板结构的分析，力及以上采动构造的事件大多是由厚硬砂岩的基本顶板结构诱发的，从边坡的角度看，由于闸门附近宽大石柱的副作用，导致采动巷道附近能量更为丰富采矿中高强度应力的影响。
2.4ARIMIS M/E被动CT反演
以三期微震资料为数据源，绘制波速AVR云图，研究21103工区区域电压场的演变规律。21103工作面推进过程中，靠近回风的区域始终是高电压集中区和高冲击危险区。
回程飞行在宏观上表现为围岩破碎和大变形现象，在微观上表现为微震事件在各个能量层次上的聚集现象；如果运输路线出现断层、反线等构造，工作面将逐渐演变为构造过程，受构造应力集中的影响，冲击风险逐渐向输导路径转移，因此，微生态事件的发生规律可以在一定程度上预测煤岩动力灾害的发生。
3防治措施
21103回风巷为临空巷道。由于给煤压力与泥炭侧向吸收燃烧的叠加作用，在煤岩体中收集的弹性能主要是由于土体处于无支护、软弱面状态时的变形释放的。在设计了21103回采路线后，自上而下采取了处理措施，顶板水力压裂，大直径煤层卸压，扩展高强度地板减压。
3.1顶板“钻-切-压”水力压裂钻孔
21103巷道顶板水力压裂孔沿走向提前施工，每组2孔。这些洞位于靠近两侧路肩拱的屋顶上，群距为15米。钻孔完成后，采用30-60MPa高压水进行切割压裂，一是切割道路上方的硬岩层，减少闸门侧向支护荷载对回程路线的影响。其次，将坚硬厚砂岩顶板分层破碎，降低顶板的储能能力和动荷载对后巷的影响，降低风险，坚硬厚层砂岩顶板不易破碎，易造成顶板自重过大。
3.2大直径钻孔卸压
随着工作面回采工作，在21103回风巷工作面前方300m的煤巷两侧钻取大直径钻孔，孔距地面1-1.5m，孔深15m，其一是释放煤层中积聚的弹性能，降低超前区段的道路影响风险；其次，当冲击发生时，通过对大直径井壁的挤压、破裂和压实释放部分冲击能量，降低冲击风险。
3.3临空巷道起底卸压
临空巷道采用“二次层”提前释放地面积聚的能量，采用“一次层”释放平均层高超过1.0m的单外段高强度层的压力，线路高度约1.8米，释放地面积聚的弹性能，集中在8220米的一楼,平均地面扬程0.4m，轨道高度大于2.0m，保证前方单体支撑和通风满足行人需要[2]。在开采过程中，除采取上述常规减压措施外，还进行了小直径打钻或爆破作业，对影响风险区域进行监控，降低了21103临空巷的影响风险，确保了综采面的安全。
5关于冲击地压防治技术总结
第一，日总能量与微震事件发生频率呈正相关，且有频率落后于日总能量的趋势。空洞的变形趋势可作为评估重大能量事件或碰撞发生的依据。第二，根据21103气道石柱区的工作面走向、微车频率曲线和释放能量、波长和波长两种极端状态，推导出微车频率曲线和发射能量表明，受集中静载荷影响的炭柱面积是在工作面退化过程中的能量收集过程，很容易受到回风道薄弱部位的影响。第三，当工作面受到撞击时，微震监测主要分布在工作面以南50m至以北300m处。超过74%的微冻结事件发生在工作面前方0-300m区域，该区域释放的能量占总能量的90%以上。因此21103矿面前300m是采石场开采的中心控制点。第四，在21103工作面推进过程中，煤层上下10-20m范围内发生了由硬岩基本顶板结构引起的微裂隙事件。4级及以上的微震事件主要分布在煤网以上10m范围内，由于高性能压下与采空区侧向支护电压的叠加，在回采巷道附近有许多高能事件。第五，21103返回航线受泥炭层高强度退化与侧向支撑载荷叠加的影响，宏观上表现为围岩破碎和大变形现象，微观上表现为各能级微震事件的聚集现象；当运输路线探测到断层、反索等结构物时，由于结构应力集中的影响，工作面将逐渐演化为结构过程，冲击风险将逐渐转移到运输路线上。第六，针对21103回程线路的高影响风险，设计应采取措施消除上部辐射源，并采取大直径钻孔或辐射措施对影响风险区进行监测，降低21103回程路线的撞击风险，确保21103工作区的安全恢复。
总结：综上所述，微震监测是一种利用微环境信息对煤岩结构和稳定性进行实时、动态、连续的地球物理监测方法，采动后围岩的应力平衡和再定向过程可以得到充分的信息。结合微震事件分布的位置，对矿井潜在的动态灾害规律进行评价，实现风险评价和预警。
参考文献
[1]石超弘,丁国利,苏世杰等.基于微震监测的综采面冲击地压防治技术研究[J].中国煤炭,2020,46(06):57-62
[2]龙御.基于微震监测技术的煤炭开采临断层冲击矿压预测研究[J].矿产与地质,2021,35(02):309-314