地震CT技术评价工作面冲击危险在南山煤矿的应用
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摘 要：针对南山煤矿盆底区18层南一段顶分层工作面存在可能发生冲击地压危险的问题，采用PASAT-M型便携式微震探测系统对工作面开采前期区域进行地震ct原位探测，总探测面积18150m2，并依据探测结果，结合矿压理论，作出冲击危险性评价，划分了冲击地压危险区域，预先采取了卸压措施，保证了工作面的安全开采。本文以南山煤矿盆底区18层南一段顶分层工作面为研究对象，对工作面前期开采区域进行CT原位探测，并依据探测结果，结合矿压理论，作出冲击危险性评价，划分了冲击地压危险区域，提高了冲击地压灾害监测、防治的针对性，大大降低了工程和人力成本，保证了工作面的安全开采。
关键词：地质CT 评价 冲击危险
1 工程概况
南山煤矿盆底区18层南一段顶分层工作面埋深约为563.3m，走向长度354m，倾斜长度150.7m。18煤层平均厚度14.5m，顶分层采高为3m，采用常规综采采煤工艺，顶板管理采用全部垮落法。本区上区段为西二区18层五分段底板层综放面采空区，区段煤柱9m左右；右区段为盆底区南翼18层三分段底板层综放面采空区；上覆15-3层已开采，距15-3层27m左右。
采用综合指数法对工作面进行的冲击危险性评价，评价结果为顶分层具有中等冲击危险性，主要影响因素为工作面具有较厚坚硬顶板，工作面采用分层开采，留有较厚底煤，虽然上方15煤层的开采起到了卸压保护作用，但是回风道正好处于上覆残留煤柱下方，加强了冲击危险，易引发冲击地压。
2 CT探测设备及方案
本次探测工作所采用的设备为由波兰EMAG公司最新引进的PASAT-M型便携式微震探测系统。该系统具有体积小、重量轻、安装方便、所需配套工程量小等特点。配备检波器采用压电式原理，具有精度高、响应频谱宽（5～10000Hz）等优点，避免了其他类型检波器因相应频率过窄而导致震波数据丢失的问题；内部检波系统采取两分量接收（X/Y），可根据不同类型有效波在两分量上的响应特征进行优选、分离、提取等后处理。
为实现对南山煤矿盆底区南一段顶分层工作面内应力分布情况的充分掌握，综合考虑巷道布置情况和设备探测能力，采用1炮10道观测方式对工作面超前150m范围进行CT探测，合计走向探测范围约146m，共激发20炮，顺序放炮，在检修班时间实施。
本次探测回风道探测范围146m，溜子道探测范围96m，探测面积18150m2。
3 探测数据质量
现场测试过程中，本次CT试验实际接收有效激发数据12炮，共120道。地震数据基本能将设计区域覆盖，覆盖密度较大，满足探测要求。
4 数据分析
4.1 探测区域总体分析
云图通过冷色（蓝色）到暖色（红色）从小到大来代表地震波纵波速度值，最大波速4.2m/ms，最小波速2.4m/ms，平均波速3.3m/ms，纵波波速分布的均匀程度反映了煤岩层结构发育的稳定程度。探测区域内纵波波速大小主要分布在3.0m/ms～3.5m/ms之间，局部异常达到3.7～4.2m/ms，且靠近回风道一侧纵波速度整体要高于溜子道一侧，说明探测区域内应力分布并不均匀，局部高应力集中区的存在一定程度上会影响工作面的安全推进。
4.2 异常区域及巷道危险状态
（1）异常区域
根据探测结果，在回风道侧存在两个主要的正异常区Ⅳ和Ⅲ-1，且整体上异常程度高于探测范围其它区域。结合地质资料和工作面开采情况，分析正异常区Ⅲ-1主要是受工作面超前支承压力的影响，正异常区Ⅳ是受附近F2断层（H=2.0m，∠70°）的影响，加上上覆15层煤柱的影响，回采到这两处位置时应提前采取一定的卸压措施，保证工作面安全推进。工作面前方靠近溜子道存在一个负异常区域Ⅰ，该区域呈片状出现，连通性较好，推测为上方15煤层采空区未完全垮落，形成低应力区，该区域对生产作业影响不大。溜子道侧存在一个正异常区Ⅲ-2，分析认为是负异常区域Ⅰ应力向该处转移，形成应力集中。由于溜子道整体处于上覆15煤层卸压区内，在回采过程中应注意观察矿压显现情况，结合微震监测数据确定解危措施。
Ⅰ、Ⅲ-1、Ⅲ-2和Ⅳ异常区范围和尺寸分别用不同阴影线标出。
由于上覆15层残留煤柱的存在，根据矿压理论分析[5-6]，整条回风道其它位置也处于应力相对较高状态。其原因为：上部煤层两面采空后，煤柱两侧都将形成悬顶现根据矿压理论，将整条回风道划分为危险区域Ⅱ。
Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ-1、Ⅲ-2和Ⅳ危险程度大小关系为：Ⅰ
（2）巷道危险状态
对于正异常区域来说，正异常强度越高，应力集中程度就越高，对应的巷道危险程度就越高，因此，可根据工作面内煤岩体异常区域划分情况，来划分出巷道对应的危险状态，巷道危险程度>-1=-2>，具体划分如下：ぃ夯胤绲老蛲饩14N829标志点89～110m范围；-1：回风道向里距14N829标志点15～36m范围；-2：初期溜子道向里距入风上山岔口74～104m范围；：回风道整条巷道。
通过探测结果，对划分的冲击危险区域进行了预卸压。采用大孔径卸压，钻孔直径为113mm，钻孔深度为20m，Ⅱ、Ⅲ区域孔间距为3m，Ⅳ区域孔间距为1m，降低了冲击危险，回采过程中结合微震的应力监测，危险区域未出现高能大事件和应力异常，最终安全回采。
5 主要结论
（1）通过回采工作面巷间地震初至波走时CT原位探测，可获取煤层围岩波速结构，并识别探测区域内部的结构及力学性质，从而做出冲击危险性评价。
（2）采用地震CT技术对南一段顶分层工作面前期开采区域进行了探测，回风道探测范围146m，溜子道探测范围96m，总探测面积18150m2。
（3）根据现场探测，回风道侧存在两个主要的正异常区Ⅳ和Ⅲ-1，且整体上异常程度高于探测范围其它区域；工作面前方靠近溜子道存在一个负异常区域Ⅰ；溜子道存在一个正异常区Ⅲ-2。根据矿压理论分析，整个回风道两侧煤岩体为危险区域Ⅱ。工作面煤岩层危险程度：Ⅳ>Ⅲ-1=Ⅲ-2>Ⅱ>Ⅰ。
（4）根据工作面内煤岩体异常区域分布情况，划分出巷道对应的危险状态：で域为回风道向外距14N829标志点89～110m范围；-1区域为回风道向里距14N829标志点15～36m范围；-2区域为初期溜子道向里距入风上山岔口74～104m范围；结合冲击危险性评价，⑶域为整条回风道。回风道危险程度高于溜子道，巷道危险程度>-1=-2>。
（5）通过对划分的冲击危险区域提前采取预卸压措施，降低了冲击危险，最终保证工作面的安全开采。
作者简介
滕伟 （1981.12-- ）男，2009年7月毕业于黑龙江科技学院采矿工程专业，本科学历，助理工程师，现在黑龙江龙煤鹤岗矿业公司生产部防冲科，从事技术工作。