元永国

(辽源职业技术学院，吉林　辽源　136201)



·试验研究·

基于地震波CT技术煤层爆破卸压效果检验

元永国

(辽源职业技术学院，吉林辽源136201)

龙家堡矿410工作面的采深已接近1 000 m，目前时常发生较为明显的动力现象。为了降低冲击地压事故发生的概率，该矿采取了煤层爆破卸压技术，但卸压的效果还需要检验。采用地震波CT技术对煤层爆破效果进行检验，对该矿以后的煤层爆破卸压具有积极的借鉴意义。

冲击地压；爆破卸压；地震波CT技术

龙家堡矿410工作面的采深已接近1 000 m，目前时常发生较为明显的动力现象。为了降低冲击地压事故发生的概率，该矿采取了煤层爆破卸压技术，但卸压的效果还需要检验。本次实验的目的为单独考察煤层爆破卸压效果，因此，应尽可能减少爆破前后其它可变因素的干扰(如采动应力的变化、断顶等其它常规卸压措施的实施)。同时应考虑各种检验方法的可靠性，方案设计应便于实际工程的开展，并在达到检验效果的基础上尽量减少工程量对正常生产的干扰。

1　PASAT-M探测系统布置方案设计

本次探测分两轮进行，第一轮在实验炮爆破前，第二轮在实验炮爆破后。且第二轮实验时激发端整体向远离工作面方向移动1 m.

PASAT-M检验爆破卸压效果方案布置图见图1.由图1可知，激发端位于410工作面回风巷，采集端位于工作面运输巷，二者之间通过信号线连接。为提高追踪射线密度，获得更高的探测精度，综合考虑设备能力、探测目的以及工作面现场条件，道间距(探头间距)设计15 m，每次激发有12道同时接收，炮间距(炮孔间距)为5 m，共激发23炮。爆破卸压实验位置位于激发点序列范围内。卸压观测数据统计表见表1.

图1　PASAT-M检验爆破卸压效果方案布置图

表1　卸压观测数据统计表

2　探测数据质量评价

2.1卸压前探测数据

本次探测410回风巷走向范围为115 m，起始点为距巷口102 m处，满足对卸压区域的覆盖要求。爆破卸压前实际观测系统射线模拟效果图见图2.

图2　实际观测系统射线模拟效果图(爆破卸压前)

2.2卸压后探测数据

卸压后探测工作采用的相关参数与卸压前保持一致，炮点位置整体远离工作面移动1 m.本次探测410回风巷走向范围为115 m，起始点为距巷口101 m处，满足对卸压区域的覆盖要求。爆破卸压后实际观测系统射线模拟效果图见图3.

图3　实际观测系统射线模拟效果图(爆破卸压后)

2.3波形数据质量评价

从波形数据来看，本次实验效果整体良好，数据总量、数量以及覆盖区域达到了设计预期，为后期的数据处理分析和图像反演提供了良好的数据基础。爆破卸压区域基本都被射线所覆盖，并且密度较大。在震波接收侧，由于道间距较大，410上巷边缘区域存在较大面积的射线盲区，但该区域并不是本次探测所关注的重点区域。

3　数据分析与解释

3.1卸压前探测结果分析

卸压前探测区域纵波波速异常系数分布图见图4，图4中依次以白色到黑色，从小(浅)到大(深)来表示地震波纵波速度异常系数，探测区域内波速正异常系数最小为-0.15，最大为0.4.不同区域煤体的波速异常系数差别反映了不同的物理学特性。

图4　探测区域纵波波速异常系数分布图(卸压前)

从图4可明显看出3个主要波速异常区，结合现场条件及相关矿压理论可以有如下解释：

1) 波速正异常区I：波速异常系数范围为 0.07～0.25，为中等集中区。这是一沿煤层走向方向分布的高应力带，即侧向支承压力带。由于该地区附近主要是卸压带，因此，上部岩层压力必然转移至该地区，致使其应力增高。

2) 波速负异常区II：波速异常系数范围为-0.15～0，属于弱卸压区。为一个贯穿整个工作面的条带状破碎区域，分布较为零散，破碎程度不同。在爆破卸压后的反演波速CT切片中，这个特点显现的一样比较明显。

3) 波速正异常区III：同I.

可见，爆破卸压前探测范围内的煤岩性质就已存在较大的差异性，尤其是巷道围岩(煤)部分，这反应出了工作面煤体的真实状态。该征象主要为煤岩层构成时自身的非均质性和后期的采掘扰动引发的。

3.2卸压后探测成果分析

卸压后探测区域纵波波速异常系数分布图见图5，图5中同样依次为白色到黑色，从小(浅)到大(深)来表示地震波纵波速度异常系数，探测区域内波速正异常系数最小为-0.3，最大为0.4.卸压炮孔位置已在图5中标出，可见，卸压后的实际卸压参数与波速异常区分布能够比较好的吻合，异常区I、II、III分别对应24 m、20 m、16 m 3组卸压爆破区域。

图5　探测区域纵波波速异常系数分布图(卸压后)

1) 16 m组卸压炮形成卸压区，煤岩体应力沿煤层走向转移至工作面端，卸压区波速异常系数减小至-0.25～-0.15，低应力区较明显降低，甚至波及到巷道表面，可能对巷道主动支护区产生较大影响。

2) 通过图4和图5对比可明显看出，20 m组卸压炮改变了该处的围岩高应力状态，上覆岩层压力转移到周边更大范围的地区，围岩附近波速异常系数为-0. 3～-0.15，降低了冲击地压危险程度，说明该参数设置比较合理。

3) 24 m组卸压炮同样产生了一定范围的卸压区域，但是高应力异常区IV仍然存在，最大波速异常系数达0.4，这说明该组卸压炮并没有完全起到调整围岩近区的高应力分布情况的作用。

4) 爆破后，相距5 m的钻孔之间煤体能形成连续的低应力区，说明炮间距设计为5 m较为合理。

可见，爆破钻孔的孔深并非越深越好，也不是越浅越好，为了达到既能降低高应力区的应力集中程度，又能避免巷道支护质量受到显著影响，爆破孔深度应有一个合理的区间值。探测表明，采用20 m孔深和5 m孔距是相对合理的。

4　建　议

针对龙家堡煤矿目前严峻的防冲击地压形势并结合上述分析，提出以下几点建议：

1) 提高防冲工程质量，尤其要提高煤层爆破封孔质量，确保爆破效果和防止冲孔对巷道的破坏以及由此造成的安全隐患。

2) 煤层冲击倾向性与注水时间有较大关系，应充分考虑注水效果的时间效应，建议进行煤的室内浸水实验，根据浸水实验结果确定注水超前时间，并结合超前支承压力监测结果和推进度确定注水超前距离。

3) 目前，煤层卸压爆破、大直径卸压和煤层注水已成为该矿冲击地压日常开展的例行工作，但措施实施存在较大的盲目性，对危险区域和危险时间不能做到动态预测，导致防治工作量大且效果不佳。建议配置地音监测系统和冲击地压应力在线监测系统，以实现对冲击危险性的连续动态评价和预警，根据危险信息指导该矿开展解危工作和撤离人员。

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[3]周强,杜涛涛,王书文.深部高应力冲击危险性厚煤层冲击地压防治技术[G]∥中国煤炭学会开采专业委员会2012年学术年会论文集.北京：中国煤炭学会开采专业委员会，2014:351-357.

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Inspection of Coal Seam Blasting Destressing Effect Based on Seismic Wave CT Technology

YUAN Yongguo

The mining depth of 410 working face in Longjiapu coal mine is close to 1 000 m. At present it often occurs more obvious dynamical phenomenon. In order to reduce the probability of rock burst accident, the coal seam blasting destressing technology is took, but the blasting effect test is needed. Seismic wave CT technology is adopted to test the blasting effect of coal seam. It has a positive significance for the coal subsequent coal seam blasting destressing.

Rock burst; Blasting destressing; Seismic wave CT Technology

2016-02-02

元永国(1979—)，男，朝鲜族，吉林四平人， 2008年毕业于辽宁工程技术大学，副教授，主要从事采矿、通风安全教学研究工作(E-mail)502176104@qq.com

TD324

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1672-0652(2016)03-0040-03