微震监测在冲击地压矿井对高位厚硬砾岩层下两带破坏高度的验证分析

孙伟 程刚　陈西东

摘要：采用全部垮落法控制顶板，采空区覆岩岩层要发生变形和破坏，形成明显的“三带”形态，其中垮落带和裂隙带发育高度对于冲击地压矿井的安全开采具有重要意义。滕东煤矿作为最大采深达980米的冲击地压矿井，利用微震监测法有效验证砾岩关键层下采区垮落带和裂隙带“两带”发育高度情况，促进了矿井冲击地压治理的有效开展。

关键词：冲击地压；高位砾岩；微震监测；“两带”高度验证

1滕东煤矿概况

滕东煤矿首采区主采的3下煤层平均厚度5.3m；煤层倾向NE，倾角平均8°；煤层向上顶板岩层依次为7.3米处厚14.76米细砂岩、38.5米处厚17.48米细-中砂岩、90米处厚70米砾岩，砾岩层为矿井主关键层，其稳定性将影响采场矿压分布、地表沉陷和冲击地压治理，失稳情况下有诱发矿震的可能，对采空区上覆岩层垮落带和裂隙带的发育高度进行分析和研究，以了解砾岩层的活动规律，对矿井实现防冲安全至关重要。

2“两带”高度影响因素分析

采用全部垮落法控制顶板，采空区上覆岩层发生变形和破坏，从下往上形成明显的垮落带、裂隙带和弯曲下沉带形态。其中垮落带和裂隙带（简称“两带”）发育高度是安全开采的关键。因此在工作面开采之前，需对相应开采条件下的裂隙带和垮落带高度进行预计。

“两带”发育高度的因素包括累计采厚、覆岩硬度、采空区面积、顶板管理方法、煤层赋存状态等，一般情况下最主要的影响因素是累计采厚和覆岩硬度。

（1）采厚和工作面参数。采厚和工作面参数是造成覆岩破坏的根本因素，而工作面参数却是在覆岩不充分采动的条件下起作用。当工作面走向和倾斜方向的长度都达到覆岩充分采动条件时，就基本上不起作用了。

（2）采煤方法和顶板管理方法。采煤方法和顶板管理方法是控制覆岩破坏最大高度的重要影响因素。特别是顶板管理方法，它决定着覆岩破坏的基本特征和最大高度。

（3）据煤矿工程地质与岩石力学基础理论，釆空区顶板岩层的强度不同，其采后顶板岩体应力重新分布变形和破裂范围也不同；“三下”规程和“矿井水文地质规程”中根据顶板单轴抗压强度大小分为软弱、中硬、坚硬顶板类型。滕东煤矿顶板岩层为中硬岩层。

（4）顶板岩层结构类型。实践表明，顶板岩体软弱破碎釆动破裂高度发育相对小，坚硬完整顶板岩体采动破裂高度相对大。滕东煤矿顶板为中硬完整砂岩，且有厚硬砾岩关键层，影响明显。

（5）煤层的赋存状态。煤层的赋存状态，主要是指煤层的倾角，它对覆岩破坏高度的影响也是十分显著的。随着所采煤层倾角的不同，覆岩破坏的发展过程、破坏范围的分布形态、最大高度等主要特征都会发生变化。由于滕东煤矿3下煤层倾角平均8°一般较小，对于裂隙带高度及形态的变化影响不大，可以不加考虑。

（6）地质构造。根据断层与釆空区的位置关系和断层带的动压情况，裂隙带最大高度及破坏特征，有断层构造与无地质构造地区相比，破坏程度不同。当断层位于正常的裂隙带范围内，其变化不大，但对裂隙带内岩层的破坏程度可能加剧，煤炮释放微震事件增多；当其位于裂隙带以外，裂隙带范围可能扩大，对于垮落带和裂隙带内岩层

3“两带”高度计算

3.1理论计算

根据“两带”发育高度预计经验公式，考虑破坏高度的影响因素，采用回归方法得到综放工作面覆岩“两带”计算经验公式（M为煤层平均厚度），滕东煤矿3下煤层按平均采厚5.3m、覆岩按中硬岩层考虑计算，得：

（1）垮落带公式计算高度：

（2）裂隙带公式计算高度：

3.2基于微震监测的“两带”高度确定

依据微震事件在岩层层位的分布集中度，可验证上覆岩层“两带”预计高度，上覆岩层经历“裂隙产生—裂隙扩展—岩层断裂—岩层垮冒”的过程，是自下而上分层垮落。因此，“两带”岩层发育的每个过程均伴随着微震事件的产生，且微震事件分布与集中度不同。

下面取2016年10月-11月3下103工作面回采期間的围岩事件进行分析，微震事件倾向剖面分布如图所示。上覆细及细-中砂岩产生的微震事件集中度高，容易判定位于垮落带。位于煤层上方90m处的砾岩及以下区域微震事件集中度明显减少，工作面上部事件集中与工作面下部微震事件分布具有明显的分布界限。砾岩层的低位岩层分布少许的微震事件，表明砾岩的低位岩层也发生了破裂变形。

（1）垮落带岩层“裂隙产生—裂隙扩展—岩层断裂—岩层垮落”的过程，微震事件分布密集且分层集中，具有明显分层特征。垮落带低位岩层破坏发展充分，微震事件分布集中度高，自下而上分层垮落，越是高位岩层微震事件集中度越低，这是垮落带岩层发育的一个特征。如图2016年10月的微震事件而言，3下103工作面煤层上方30m左右是一个分界线，30m以下微震事件分布集中程度高，30m以上微震事件零散；2016年11月，3下103工作面煤层上方40m左右为分界，表现出明显的分层特征。

（2）裂隙带岩层“裂隙产生—裂隙扩展—岩层断裂”的过程，微震事件分布分散，集中度低。裂缝带在微震事件集中度与垮落带具有明显的界限，微震事件分布不集中，表现为自下而上逐渐减少甚至消失，这是裂隙带岩层发育的一个特征。

4结语

综上所述，通过微震监测数据分析与理论计算垮落带和裂隙带的高度，综合得到3下103工作面回采过程中垮落带的高度为30～40m；裂隙带岩层高度为40～75m。作为冲击地压矿井该“两带”高度数据，对其它工作面回采中制定更科学合理的冲击地压防治方案有一定的参考价值。

参考文献：

[1]姜福兴，杨淑华.煤矿冲击地压的微震监测研究[J]，地球物理学报， 2006， 49（ 5） ： 1511.

（作者单位：枣矿集团滕东煤矿）

作者简介：孙伟，男，毕业于山东科技大学采矿工程专业，大学本科，工学学士，中级职称，现枣矿集团滕东煤矿从事冲击地压防治管理工作。