第5期 孔令海等：基于高精度微震监测的特厚煤层综放工作面顶板运动规律 557 作面继续推进，覆岩运动缓慢下沉在11月12日高 据，保障工作面的安全开采. 位岩层再次发生断裂，微震事件能量和达较大值. 4.1微震事件分布规律与工作面矿压显现关系 在11月21日和24日为工作面过“穿面”断层期间， 根据微震事件揭示的覆岩层运动规律，结合矿 高位岩层发生断裂需要了较长时间，由于断层在 山压力理论，对照工作面地质柱状图，得到四周实体 11月2日之前已经开始活化（通过微震事件发生发 煤特厚煤层综放工作面上覆岩层的运动规律为：在 展的位置可得知，微震事件能量和相比总体要小， 高度方向上，低位岩层(50~75m高度层位)的微震 而11月29日的高位岩层运动则与工作面之前过 事件和高位岩层(75~150层位)的微震事件周期 “穿面”断层有关. 性发生.在水平方向上，自11月2日至29日，工作 面共推进181.13？75~150m层位上位结构顶断 4顶板岩层运动规律 裂6次可以推断高位岩层的平均断裂步距为30四 关于综放开采岩层运动规律研究的己有成果表 厚度为75四同理可推断50~75m低位岩层受高位 明，不同开采条件下，老顶的结构形式随岩层的质量 岩层断裂的强迫性影响，周期性断裂步距平均为 的状况而变化，存在类拱式、拱梁式和梁式三种基本 20四岩层厚度为25四见图5 结构，它们的不同组合形成了多样的顶板结构；三种 工作面支架工作阻力宏观观测表明，高位岩层 基本结构的运动规律、支承压力显现规律及其控制 断裂后1~2的，工作面持续来压，见图7.图中方 要求既有区别又有联系14- 框表示高位岩层的周期性断裂运动阶段，椭圆阴影 结合岩石力学理论，通过微震事件的分布规律 区域为低位岩层的周期断裂运动阶段.根据前面的 可以得到采动影响下岩层的破裂运动规律：将微地 分析，由图5、图6和图7的对比研究可知，11月 震监测结果结合矿山压力理论进行研究，由地质柱 2日为工作面过“老顶见方”区域，支架平均工作阻 状图可得到四周实体煤特厚煤层综放工作面上覆岩 力每支架为12000ky11月6日高位岩层断裂后连 层运动规律：结合工作面支架平均阻力曲线可以得 续两天工作面来压，11月7日和8日的支架工作阻 到采场的顶板结构形式. 力说明低位岩层受高位岩层的强迫也在发生断裂运 特厚煤层综放采场顶板岩层的结构是采场支架 动，11月9日低位岩层周期断裂运动结束，当工作 阻力的主要力源，研究顶板结构可以为工作面支护 面推进至12日位置时高位岩层再次发生周期性断 设计（伎架选型和区段煤柱的留设等提供重要依 裂运动. 13000r 网 张里10000叶 90002345678910i12131451617181920212223242526272829 日期 图72007年11月支架平均工作阻力曲线（矩形框代表一次大周期.阴影代表一次小周期） Fig 7 Averge working esisunce curves of the support n Novmber2007 ectngu ar boes on behalf of a ma pr cycle shadows on behalf of a small c℃9 每天微震事件能量和分布规律与高位岩层的断 果的岩层周期性运动规律是符合现场实际情况的. 裂高度分布规律揭示了微震事件分布的周期性规 42推断得到的特厚煤层综放工作面的顶板结构 律，见图6中黑色圆点，受工作面实际开采条件的影 形式 响，微震事件能量和的分布将会出现相应变化能 从图4和图5中可以看出，高位岩层断裂后1一 量和有大有小).将支架工作阻力宏观观测结果结 2的时间内，0~50低位岩层持续断裂.此后，微 合每天微震事件发生高度研究可知，高位岩层的周 震事件的分布由低位岩层发展至高位岩层，说明高 期性断裂需要一个时间过程，每天微地震波能量和 位岩层断裂强迫低位岩层断裂，同时伴随一系列断 分布规律的研究也验证了高位岩层的断裂需要一个 裂事件的发生.厚度达75m的高位老顶岩层组断 时间过程.这也从整体上反映出笔者的研究思路 裂时将形成动压，并强迫其下位岩层的断裂下沉. (基于微震事件发生高度分布规律与微震事件能量 高位岩层断裂时形成的震动波部分将以声波的形式 和分布规律的研究)是合理的，即基于微地震监测结 传播，在采空区、工作面及巷道空间内震荡回响，工第 5期 孔令海等 :基于高精度微震监测的特厚煤层综放工作面顶板运动规律 作面继续推进, 覆岩运动缓慢下沉在 11月 12 日高 位岩层再次发生断裂, 微震事件能量和达较大值 . 在 11月 21日和 24日为工作面过“穿面”断层期间 , 高位岩层发生断裂需要了较长时间, 由于断层在 11月 2日之前已经开始活化 (通过微震事件发生发 展的位置可得知 ),微震事件能量和相比总体要小 , 而 11月 29日的高位岩层运动则与工作面之前过 “穿面”断层有关 . 4 顶板岩层运动规律 关于综放开采岩层运动规律研究的已有成果表 明 ,不同开采条件下, 老顶的结构形式随岩层的质量 的状况而变化,存在类拱式 、拱梁式和梁式三种基本 结构, 它们的不同组合形成了多样的顶板结构 ;三种 基本结构的运动规律、支承压力显现规律及其控制 要求既有区别又有联系 [ 1, 14--15] . 结合岩石力学理论, 通过微震事件的分布规律 可以得到采动影响下岩层的破裂运动规律 ;将微地 震监测结果结合矿山压力理论进行研究, 由地质柱 状图可得到四周实体煤特厚煤层综放工作面上覆岩 层运动规律 ;结合工作面支架平均阻力曲线可以得 到采场的顶板结构形式. 特厚煤层综放采场顶板岩层的结构是采场支架 阻力的主要力源 ,研究顶板结构可以为工作面支护 设计(支架选型 )和区段煤柱的留设等提供重要依 据, 保障工作面的安全开采. 4.1 微震事件分布规律与工作面矿压显现关系 根据微震事件揭示的覆岩层运动规律 ,结合矿 山压力理论,对照工作面地质柱状图,得到四周实体 煤特厚煤层综放工作面上覆岩层的运动规律为:在 高度方向上,低位岩层 (50 ～ 75 m高度层位)的微震 事件和高位岩层(75 ～ 150 m层位)的微震事件周期 性发生.在水平方向上 ,自 11月 2日至 29日 ,工作 面共推进 181.13 m, 75 ～ 150 m层位上位结构顶断 裂 6次,可以推断高位岩层的平均断裂步距为30m, 厚度为 75 m;同理可推断 50 ～ 75 m低位岩层受高位 岩层断裂的强迫性影响, 周期性断裂步距平均为 20 m,岩层厚度为 25 m, 见图 5. 工作面支架工作阻力宏观观测表明 , 高位岩层 断裂后 1 ～ 2d内 ,工作面持续来压, 见图 7.图中方 框表示高位岩层的周期性断裂运动阶段 ,椭圆阴影 区域为低位岩层的周期断裂运动阶段.根据前面的 分析 ,由图 5、图 6 和图 7 的对比研究可知, 11月 2日为工作面过 “老顶见方 ”区域 ,支架平均工作阻 力每支架为 12000kN.11月 6日高位岩层断裂后连 续两天工作面来压 , 11月 7日和 8日的支架工作阻 力说明低位岩层受高位岩层的强迫也在发生断裂运 动, 11月 9日低位岩层周期断裂运动结束 , 当工作 面推进至 12日位置时高位岩层再次发生周期性断 裂运动. 图 7 2007年 11月支架平均工作阻力曲线(矩形框代表一次大周期, 阴影代表一次小周期) Fig.7 AverageworkingresistancecurvesofthesupportinNovember2007 (rectangularboxesonbehalfofamajorcycle, shadowsonbehalfofa smallcycle) 每天微震事件能量和分布规律与高位岩层的断 裂高度分布规律揭示了微震事件分布的周期性规 律 ,见图 6中黑色圆点 ,受工作面实际开采条件的影 响 ,微震事件能量和的分布将会出现相应变化 (能 量和有大有小).将支架工作阻力宏观观测结果结 合每天微震事件发生高度研究可知, 高位岩层的周 期性断裂需要一个时间过程 ,每天微地震波能量和 分布规律的研究也验证了高位岩层的断裂需要一个 时间过程.这也从整体上反映出笔者的研究思路 (基于微震事件发生高度分布规律与微震事件能量 和分布规律的研究)是合理的,即基于微地震监测结 果的岩层周期性运动规律是符合现场实际情况的. 4.2 推断得到的特厚煤层综放工作面的顶板结构 形式 从图 4和图 5中可以看出 ,高位岩层断裂后 1 ～ 2 d的时间内, 0 ～ 50 m低位岩层持续断裂.此后, 微 震事件的分布由低位岩层发展至高位岩层, 说明高 位岩层断裂强迫低位岩层断裂, 同时伴随一系列断 裂事件的发生 .厚度达 75 m的高位老顶岩层组断 裂时将形成动压 , 并强迫其下位岩层的断裂下沉. 高位岩层断裂时形成的震动波部分将以声波的形式 传播 ,在采空区 、工作面及巷道空间内震荡回响, 工 · 557·