摘要：以硫磺沟煤矿为背景，对具有显著的冲击地压煤层采掘工作面，利用ARAMIS M/E微震监测系统，结合冲击地压预警模型，综合监测分析，得到最大微震事件能量超限预警，达到冲击地压危险状况超前预测预报，指导矿井防冲工作有效开展。

关键词：岩层;指标

一、矿井基本概况

1.地质条件

（1）井田地层

井田地形为西北高、东南低、海拨高程1200m～1500m之间，相对高差300m，紧靠头屯河西岸阶地，为中山～河流阶地地形。井田范围内地表为山地和丘陵地带，无村庄和房屋。

煤矿位于准南煤田头屯河区阿克德向斜南翼，地层分别划归中侏罗统西山窑组与头屯河组，其上被第四系冲洪积、坡积物等覆盖。

（2）地应力情况

在+600m水平以上进行了地应力测试，测试结果以垂直应力为主，属于垂直应力场类型，但最大水平主应力与垂直应力接近，水平主应力随深度增加而增大，最大水平主应力方位角在124～156°之间，与顺槽轴向夹角小于20°，与开拓工作面轴向夹角大于72°。

（3）地震

矿区位于北天山的北部边缘，属强震断裂带范围之内，根据《中国地震动参数区划图》（GB18306—2001），该区地震动峰值加速度为0.20 g，地震频0.40 s，对应的地震基本烈度为Ⅷ度。

（4）关键层情况

可采煤层为4-5、9-15煤层，4-5煤层厚度6.52m，顶板多为粉砂岩，局部为泥岩;底板多为粉砂岩（东部区段为泥岩），9-15煤层厚度33.36～35.69m，顶板以粗砂岩和中砂岩为主，下部为粉细砂岩;底板以泥岩和炭质泥岩为主4-5号煤层存在伪顶、直接顶及老顶，而4-5号与7号煤层间距普遍较小，一般1.03～8.22m，平均3.58m，故4-5号煤层的底板即为7号煤的顶板，4-5号煤层的底板（7号煤层的顶板），其岩性组成多以粉砂岩，其次是作为伪顶（伪底）的炭质泥岩，其抗压强度小于10MPa，结构面多为层理面，厚度较小，但岩性交替频繁，岩体本身水量貧乏，渗透性极弱，而持水性极强。9-15煤层位于西山窑组下段下部，井田内主要可采煤层，也是硫磺沟矿区主采煤层，是井田唯一特厚煤层，煤厚19.30～36.93m，平均31.96m。

（5）地表沉陷

5.1高压线塔倾斜变化

沿线路方向受开采影响最大的高压线塔为110kv清泥22，倾斜变化量66mm，下沉41mm，向北移动16mm，向东移动47mm;垂直与线路方向受开采影响最大的高压线塔为110kv宝清55，倾斜变化量131mm，下沉165mm，向南移动78mm，向东移动274mm。

（6）断层情况

本区共发育断层17条，其中正断层12条，逆断层5条;落差大于20m的断层4条。其中以往的三维地震勘探报告中解释断层7条，其中正断层6条，逆断层1条;落差大于10m的断层2条。其中，查明断层6条，分别为：DF1、DF2、DF3、DF5、DF6和DF12断层;基本查明断层1条，为DF7。补勘三维地震勘探查出断层10条，查明断层6条，基本查明断层4条。其中落差≥50m 的断层2条，落差20m≤H<50m 的断层2条，落差10m≤H<20m的断层2条，落差5m≤H<10m 的断层4条 。

（7）煤岩冲击倾向性鉴定结果等内容

4-5煤层及9-15煤层均具有冲击倾向性，其中4-5煤层及其顶底板具有弱冲击倾向性，9-15煤层及其顶底板均具有强冲击倾向性。

2.生产情况

（1）采煤方法

主要采用走向长壁后退式机械采煤法，全部垮落法管理顶板的方式开采。

（2）掘进方法

主要采用综掘和炮掘。

3.微震监测

硫磺沟煤矿微震监测系统于2017年7月安装开始运行，系统型号为ARAMIS M/E，目前ARAMIS M/E微震监测系统共配置了10个探头和6个拾震器覆盖了全矿井所有采掘区域。

二、历年微震事件能量统计

1.历史冲击破坏情况

（1）（4-5）06工作面

（4-5）06回采工作面2018年12月16日至2020年7月4日微震监测系统监测数据进行分析。共监测到事件总数13256个，单次微震事件的能量最大值为9.5×105J。

通过分析（4-5）06工作面自回采至结束，未发生冲击地压破坏现象，微震事件大部分分布在工作面超前150m-200m及采空区50m范围内，微震监测最大能量9.5*105J，位于采空区顶板以上40-50m。主要原因是遇地质构造带和工作面见方、周期来压影响，微震事件发生同时工作面两顺槽超前70m巷道出现顶板掉渣，煤尘飞扬，能见度低，未出现巷道大幅度变形。

（2）（9-15）08工作面

选择（9-15）08回采工作面2020年7月8日至2020年11月13日的ARAMIS M/E微震监测系统监测数据进行分析。共监测到事件总数5431个，单次微震事件的能量最大值为4.03×105J。

通过分析（9-15）08工作面自回采至今，发生393次能量超过1E+04J以上的震动，90次在（9-15）08工作面皮带顺槽超前，139次在工作面中部煤壁超前，106次在轨道顺槽超前，58次在采空区后方。集中区域：微震事件主要集中在超前0-150m范围内，占全部工作面前震动的91%;分布在顶板震动占全部震动的99%，其中：顶板0-26m分布占所有顶板震动的94%，顶板分布最远距离为顶板58m未发生冲击地压破坏现象，监测最大能量4.03*105J，位于采空区顶板以上58m。主要原因是工作面见方、周期来压影响，微震事件发生同时工作面两顺槽超前支护段50m巷道下禹角出现顶板掉渣，有轻微震感，未出现巷道大幅度变形。

三、统计分析和指标确定

微震系统自2017年7月开始运行至今共监测到最大的能量事件分别为4.03×105J、9.5×105J，其中大于1.0E+05且小于5.0E+05J事件占5次方事件总频次比例较多，均未造成冲击破坏。

四、结论

根据4-5煤层、9-15煤层采煤工作面微震监测数据分析，为安全考虑，可将微震预警指标的单个能量事件指标即单个能量事件≥50000J作可为震源与到破坏点距离25-50m预警指标矿井微震能量超限指标，对应地震震级为1.47级。

作者简介：崔志瀛（1988.08.16），男，汉，山东滨州，大专，助理工程师，技术员，研究方向：煤矿冲击地压。