第9期 刘超等：采动条件下底板潜在导水通道形成的微震监测与数值模拟 ·1133· 250 ·一每日微餐事件数 a10 3000 (b1180 ·-每日进尺量 一微震事件累计量 200 2500 ·一累计进尺量 150 2000 120 1500 90 100 1000 60 墨 50 500 -21 0 1-31 2013 2013 201 201 2013-02-10 2013-02-20 2013-01-01 2013-01-11 2013-01-21 2013-01-31 2013-02-10 2013-02-20 日期 日期 图7微震事件活动率与时间关系分布 Flg.7 Relationship between the activity rate of microseismic events and time 中系数为3.86.采空区下方的垂直应力较原岩应力 。微震事件 降低，当工作面推进超过300m时采空区中部底板 1150 0~3m处垂直应力减小到1.2MPa,且浅部应力的 固定工作面 1120 减小速度明显快于深部岩体，沿工作面推进方向的 1090 底板垂直应力呈现为“两端大，中间小”的状态.煤 1060采空区 9号煤 层开采垂直应力分布如图8所示 1030 垂直应力MPa 5.9m45.5m 底板破裂包络线 1000 73.6mT89.5m 工作面推进方向 超前影响明显区 -26.966 -19.500 h,一底板破裂深度，15mh,一高位破裂高度，60m h2一低位破裂高度，28m -12.000 超前影响剧烈区 原岩应力区 图9基于固定工作面矿图的徽震事件分布走向割面图 4.5000 Fig.9 Distribution of microseismic events along the strike profile on 1.2325 the fixed working face mining map 图8煤层开采垂直应力分布 Fig.8 Distribution of vertical stress in coal seam mining 显区”（对应图8中“超前支撑压力影响明显区”，即 B区域)；大于89.5m为矿压显现“不明显区”，即原 为了更好地研究微震事件时空分布规律，通过 岩应力区（对应图8中C区域），该区域只有极个别 固定工作面展示方式，将微震定位数据转换到固定 微震事件，对岩体的破裂影响程度不明显，岩体处于 工作面坐标系中，在矿图上实现合成显示[).通过 弹性状态 该方式可以有效判断微震事件超前工作面的分布形 模拟分析与微震实测表明：由于煤层采动导致 态，为确定采动条件下底板破裂深度及潜在突水通 采场周围应力重分布，工作面前方出现应力增高区， 道的形成提供依据.固定工作面是将回采工作面位 采空区下方出现应力低值区.在应力增高区，由于 置固定不动，计算每天的各个微震事件点与工作面 应力集中底板岩体产生了塑性变形，形成剪切破坏， 的相对位置，再将其投影在矿图上，形成了工作面不 在该区域产生了微震事件的密集分布.在采空区下 动，每天微展事件显示在固定工作面周围的特殊显 方应力下降至拉应力，底板岩体产生受拉塑性破坏， 示方式.图9为基于固定工作面矿图的微震事件分 在工作面后方底板内也对应监测到了大量的微震活 布走向剖面图. 动事件.底板随工作面推进经历了应力集中和释 结合数值模拟结果，对固定工作面展示出的微 放，这种应力的变化导致底板岩体破坏，微震破裂事 震事件进行分析发现，微震监测得到的底板微破裂 件聚集现象明显，说明在工作面底板内形成了潜在 事件在超前工作面的分布也对应呈现出三个区域： 突水通道.图9中绘制的底板破裂事件回归包络线 在工作面超前范围0~45.5m为底板岩体采动破裂 显示，工作面底板向下15m、前方45.5m及后方 影响“明显区”（对应图8中“超前支撑压力影响剧 35.9m范围内岩体破裂微震事件密集，该区域内已 烈区”，即A区域)；45.5~89.5m为矿压显现“较明 经形成潜在突水通道，而工作面前方89.5m及后方第 期 刘 超 等 ： 采 动条 件下 底板潜 在导 水 通道形 成 的微 震监测 与 数值模 拟 一 每 日 微《事 件数 ( 「 ( 一 每 日 进 尺量 。 微 震事 件累 计 量 — ⑷ 累 计进尺 量 八 ‘ — 》 、 、分 》 、 》 、 , 卞 命 命 命 日 期 日 期 图 徽震事 件活 动率与 时 间关 系分 布 中 系 数为 采 空 区下方 的 垂直应力 较原岩应力 降低 当 工作 面推 进超 过 时采空 区 中 部底 板 处垂直应 力 减 小到 , 且浅 部 应力 的 丨 固定 工作 ％ ‘ 减小 速 度 明 显 快于 深部岩 体 沿工作 面 推进 方 向 的 ： ： 底板垂直应力 呈现 为 “ 两端 大, 中 间 小 ” 的 状 态 煤 层 开采垂誠力分布 婦 麻 。 萨 板破‘包络线 — 叫 底板 破裂深度 , ■ 高 位破裂 高 度 , 、 — 低位破裂 高度 , 二 ： 图 基 于 固 定工作面 矿 睡微震事 件分 布 走 向 剖 面 图 图 煤 层开采 垂直应力 分 布 显 区 ” ( 对应 图 中 “ 超 前支撑 压力 影响 明 显 区 ” , 即 区域 ) ； 大 于 为矿 压显现 “ 不 明 显 区 ” , 即 原 为 了 更好 ？ 研究 微震 山 事件 时 律 ’ 通 , 岩应力 区 对应 图 巾 域 ) , 该 区 域只 有 极个别 固定 工 作 醒对式 ’ 腿震 定 位数 赚翻舰 離事件 , 对岩 体随哪糖度不 觀, 岩体处于 工作面 坐标系 中 在矿 图 上实现合成 显示 通 过 该方式 可 以 有細隨震事件纖工倾敝 觀分析与《錢細 ： 自 于煤 縣动 导致 态 , 为 确定采动 条件 下底 板破 裂深度及 潜在 突水通 采场周 围 应 力重分布 , 工作 面前方出 现 应力 增高 区 , 道 的 形 成 提供依据 固 定工作 面是将 回采 工 作 面位 采 空 区 下方 出 现应力 低值 区 在 应 力 增 高 区 , 由 于 置 固定 不 动 , 计算 每 天 的 各个 微震事 件点 与 工作 面 应力 集 中底 板岩体产生 了 塑 性变形 形 成剪切破坏 , 的 相 对位置 再将其, 影在矿图 上 , 形 成了 工作面 不 在该 区 域产 生 了 微震事件的密 集 分布 在采空 区下 动 , 每 天微震事件显 示 在 固 定 工作面 周 围 的 特殊显 方应力 下降 至拉应力 , 底板岩体产生受拉塑 性破坏 , 示 方式 图 为 基于 固 定工作 面矿 图 的微震事 件分 在工作面后方底 板 内 也对应监测 到 了 大量的 微震活 布走向 剖面 图 一 动 事件 底 板随工作 面 推 进经历 了 应 力 集 中 和 释 结 合数值 模拟结 果 , 对 固 定 工 作 面展 示 出 的 微 放 , 这种 应力 的 变化 导致底板岩体破坏 微震破裂 事 震事件进 行分析发 现 微震监 测 得到 的 底板微 破 裂 件聚集 现象明 显 说 明 在工 作 面底 板 内 形成 了 潜在 事件在超前工作面 的 分布 也 对应呈 现 出 三 个 区 域 ： 突水 通道 图 中绘制 的 底板破裂事 件 回 归包 络线 在工作面超前范 围 为底 板 岩体采动破裂 显示 工 作 面 底 板 向 下 、 前 方 及 后方 影 响 “ 明 显 区 ” ( 对应 图 中 “ 超前 支撑 压力 影 响 剧 范 围 内 岩体破 裂微震事 件密集 , 该 区 域 内 已 烈 区 ” , 即 区 域 ) ； 为 矿压 显现“ 较明 经形 成潜在突 水通 道 而 工作面前方 及 后方