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近直立煤层冲击地压前后地音演化规律研究

范文

孔令宇

摘要：为了解决近直立煤层冲击地压监测预警的难题，以乌东煤矿近直立煤层为工程背景，研究+450水平B3+6综放面历次冲击地压前后地音事件能量和频次的演化规律，识别冲击地压前兆信息。

关键词：近直立煤层;冲击地压;地音;前兆信息

一、工作面地质及开采条件

乌东煤矿位于八道湾向斜南翼，含煤地层是中侏罗统的西山窑组，呈北东～南西向带状展布。乌东煤矿南采区赋存有B1+2和B3+6煤层，两煤层倾角在85°～90°，属于典型的近直立煤层，两煤层之间为厚度50～100 m的中间岩柱，如图1所示。南采区最大水平主应力方向总体上为西北-东南，最大主应力约为自重应力1.74-1.90倍，呈现出明显的水平构造应力场特征。

（一）地音监测系统及探头布置

图1a为11.24冲击地压和2.1冲击地压前的地音传感器布置方案，9-1和9-2传感器均布置在B6巷侧的煤体上。图2c为4.26冲击地压前的布置方案，9-4和9-6传感器布置在顶板上，9-2和9-3传感器布置在B6巷侧的煤体上。

二、冲击地压前后地音演化规律

煤岩体内部发生宏观破裂，可能诱导煤岩内部集中的应力波瞬间释放，造成冲击显现。煤岩体宏观破裂之前有煤岩体内部微观裂隙的发展贯通[15]，微破裂大量出现的现象，这一现象使得地音信号大量产生。地音事件能量和脉冲次数的大小反应了煤岩内部微破裂强度的大小。地音事件的能量和脉冲次数作为反应煤岩体内部微破裂强度的参量，对于冲击地压前兆信息的研究具有重要意义。

基于乌东煤矿+450水平三次冲击地压事件，以五天为时间窗，研究冲击地压地音能量和脉沖次数演化规律。图4和图5分别为工作面历次冲击地压地音能量和脉冲次数演化规律分析。

从地音事件能量趋势来看，地音能量在冲击地压之前两天先经历一个能量相对较低且波动趋势较小的过程，属于地音事件活动性的平静期。在经历了一个地音事件平静期后，在冲击地压发生当日出现能量快速上升的趋势，冲击地压发生时，地音能量达到一个高峰，地音事件活动性的快速增强，预示着煤岩体内部微破裂频发，容易产生宏观破裂诱导冲击地压发生。从五天时间窗来看，地音能量在冲击地压前4天先出现波动较大的区段。

从地音事件脉冲次数趋势来看，在冲击地压之前4天时间窗内脉冲次数变化幅度较大。在冲击地压发生前4天，脉冲次数趋势由大幅度波动向平稳过渡或由平稳过渡到大幅度波动。

地音能量在冲击地压前的演化规律说明冲击地压前煤岩体内部微破裂活动经历三个时期，活动强烈期-活动平静期-活动强烈期。地音活动由平静期向强烈期转变之后，极易诱导冲击地压产生。地音事件由活动平静期向强烈期转化的现象可以作为冲击地压前兆信息。

三、结论

（1）研究了乌东煤矿近直立煤层+450水平B3+6工作面的冲击地压显现特征，结果表明冲击地压造成的巷道破坏位置主要集中在超前工作面0～200 m，B6顶板巷破坏程度大于B3底板巷，破坏形式以帮鼓为主。

（2）研究了B3+6工作面冲击地压前后的地音信号演化规律，结果表明，冲击地压前地音事件活动性经历三个时期，即活动强烈期-活动平静期-活动强烈期。

参考文献：

[1]窦林名. 煤矿开采冲击矿压灾害防治[M]. 中国矿业大学出版社， 2006.

[2]窦林名，何学秋. 冲击矿压防治理论与技术[M]. 中国矿业大学出版社， 2001.

[3] http：//www.chinasafety.gov.cn/newpage/Contents/Channel_4314/2011/1104/154898/content_154898.htm，国家安全生产监督管理总局，河南义马千秋煤矿发生冲击地压事故造成10人死亡，2011-11-07.

[4]张宗文，王元杰，赵成利，等. 微震和地音综合监测在冲击地压防治中的应用[J]. 煤炭科学技术， 2011， 39（1）：44-47.

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