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1、PASAT-M探测系统在冲击地压解危效果 评价中的应用伍卫国季成新疆焦煤傑团）有限责任公司煤炭科学技术研究院有限公司安全分院煤炭资源高效开采与洁净利用国 家重点实验室（煤炭科学研究总院）摘要：在开展多个工作面实际探测经验的基础上，对PASAT-M型微震探测系统的性能 和原理进行论述。以1930煤矿35311工作面为探测现场，针对工作面上覆坚硬 厚顶板进行深孔断顶爆破解危后波速分布状况进行探测，并根据探测结果评价 了顶板深孔爆破后冲击地压的解危效果。探测结果表明：顶板深孔爆破孔区域波 速分布较为均匀，未爆破区域应力分布存在应力集中区，坚硬顶板周期性垮落， 没有形成大面积的悬顶。本文为类似的坚硬厚
2、顶板冲击地压防冲解危评价工作提 供了有力的参考，同时验证了利用PASAT-M探测技术能够对现场卸压解危效果 检验的可行性。关键词：冲击地压;波速场;微震探测;应力集中;顶板爆破;收稿日期:2017-8-23The application of PASAT-M detection system in the evaluate of rock-burst reliefWu Weiguo Ji ChengXinjiang coking coalRefco Group Ltd; TheInstitute of Coal Safety and Technology, ChinaCoal Research
3、 Institute;Abstract：Carried out in multiple working face, on the basis of actual detection experienee of PASAT-M, the discusses the performanee and principle of seismic dctcction system. Based on 1930 coal mine 35311 face detection field, aimed at the working plane strong thick roof for deep hole br
4、oken roof blasting wave velocity distribution after detection, and evaluated accord ing to the results of the detection of roof after deep hole bias ting dan ger reliev ing effect of percussive gro und pressure- Detection resu Its show that the roof of deep hole bias ting hole wave veloe ity dis tri
5、b ution is relatively uniform, stress distribution in the zone of blasting stress, high, hard roof periodic caving, not form a large overhang. This article for the similar strong thick roof impact ground pressure impingement danger relieving evaluation provides a powerful referenee, at the same time
6、, the feasibility of using PASAT-M detection tech no logy to verify the effect of the discharge pressure of the site is verified.Keyword：Rock blast; The stress field; Seismic detection; stress concentration;Roof blasting;Received： 2017-8-23坚硕顶板类型冲击地压是常见的冲击地压类型之一11。受赋存和开采工艺影响 在采场、巷道的围岩中容易造成应力集中，当应力集中
7、程度超过“坚硬顶板-煤 体-底板”结构体自身结构稳定极限值时就有可能发牛岩爆、冲击地压、煤与瓦 斯突出等动力灾害2-4。其中顶底板对煤体的夹持作用是造成应力集中主要因 素，为了降低冲击地压发生的可能性，需要对顶板采取深孔爆破，破坏其结构 的整体性，从而避免应力集中情况。国内常规的煤矿应力监测装备主耍有北京科 技大学研发的CRMS煤矿冲击地压监测系统、煤炭科学研究总院开采设计研究分 院研发的KMJ-30采动应力监测系统。我国学者近几年对应力场的研究取得了一 定的成果。张月征固从材料的强度理论岀发，建立量化分析原岩应力场下岩体 稳定性的评价方法，并分析了岩体初始稳定性与冲击地压动力灾害发生的相关
8、性。刘金海回基于“自发型”和“诱发型”两类冲击地压可监测特征，提出了 震动场、应力场联合监测冲击地压的机理。齐庆新m利用采动应力监测系统直 接监测煤岩体的应力和采用微震监测系统间接监测煤岩体应力，并对冲击危险 区域进行评价。以上研究成果局限于多个点的实测然后经过理论推导或数值模拟 从而得到整个探测区域的应力分布状况，当出现某个点测量精度不够或着不存 在测量条件时，应力场分布规律将不能定量化描述，PASAT-M型便携式微震监测 系统能够对采场和围岩以及断层、煤厚变化区域等复杂异常地质构造条件下的应 力分布进行探测，直观的辨别出应力分布状况，从而为煤岩动力灾害的防治起 到指导作用。1 PSASAT
9、-M便携式微震探测系统1. 1系统组成PASAT-M型便携式微震探测系统具有精度高、响应频谱宽(SlOOOOHz)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。该系统主要有主控模块MWP、采集模块MPT、双分 量检波器SG3/2H (探头)、PDA组成如图1所示。沁圮H契艮IS2檢电竈图1 PASAT-M型便携式微震探测系统组成下载原图1. 2探测原理PSASAT-M便携式微震探测技术主要应用弹性波CT探测技术，弹性波CT探测技 术是在回采工作而的一条巷道布置
10、若干个震源，在另一条巷道布置若干检波器。 当震源激发后，检波器接收到震源的震动波，具体见图2所示。图2弹性波CT探测透视图下载原图假设地震波在每个微小矩形网格中以直线传播，第i个震源的传播路径为X 其传播时间为慢度S (x, y) =1/V (x, y),则:TrdsS (x,y) dsLt式中：ds为微分弧长，V (x, y)和Li是未知的，Ti是已知的。当震动波传播距 离很短时，可以把传播路径看作近似是直线。现在把探测区域划分为若干了方格, 每个方格相对应的慢度为S, S2, S3,Sn,那么第i条射线从激发到接受的 时间为仏。丁尸2再j=i式中:Hij是第i条射线穿过第j个方格的时间。如
11、果有M条射线，N个网格则是 可以写成alla12a13alN包223弘1&12為35152SN进一步写成矩阵形式，称做距离矩阵，为传播时间向量。式中:T为地震波走时 向量，是观测值;A为射线的几何路径矩阵，己知;S为慢度向量，为待求量，将 探测数据代入式（3）式即可对求解，从而得到波速场数值，通过后处理软件得 到波速场8-10。2应力场探测2. 1工作概况1890煤矿35311工作面位于5煤层，煤层平均厚度为5. 2m,煤层倾角28 ,采 用单一走向长壁采煤法，顶、底板以砂岩为主，具体见钻孔状图3所示。工作面 走向长度646m,倾向长75m。回采过程中到受到上覆19. 9m粗砂岩影响，在采空
12、区容易形成大面积悬顶，顶板突然垮落容易形成飓风和冲击地压，因此为了能 够使顶板周期性垮落，破坏顶板结构的整体性，需要对顶板进行深孔爆破，利 用运输巷和冋风巷对上覆19. 9m的粗砂岩进行进行爆破解危，但是解危效果无 法检验，因此需要利用PASAT-M便携式微震探测系统对爆破解危效果进行评价。粗砂岩& 6 ao19.9灰白色粗砂洁砂砾岩0 o u * e * ft 1 a o 1.63块状结构，# 硬。5煤层5.2肥煤，赋存稳:粉砂岩 It厶4 414.9灰黑色岩层， 育，粉砂岩为1rJU. / 不r佝2. 2顶板深孔爆破方案厚度（ill）表1爆破孔参数下载原表钻孔 需称钻孔倾角(。) 钻孔长度
13、装药长度8036封孔-(m装药量 (kg)(m)5.6回风巷端头孔 运输巷老顶孔 运输巷端头孔20804524285022(35311回风巷20342：36老顶35311运输图4顶板深孔爆破布置方案下载原图(1) 如图4所示，超前工作面50m,在运输巷和回风巷布置顶板爆破孔，循环步 距12m,每循环共布置2个炮孔，分别是老顶孔和端头孔。钻孔参数见表 lll-15o2. 3探测方案为了能够对顶板深孔爆破效果有所对比，所以探测区域前50m为顶板深孔爆破 区域，后50m为未爆破区域。PASAT探测需要震动波穿透探测区域，因此现场采 用放炮方式产生震动，激发端布置在冋风巷，接收端布置在运输巷。激发端炮
14、孔 间距为5叫接收端检波器间距为16m,走向探测100叫倾向探测75m。探测方案 如图5所示。系统采集频率为2000HZ,放大倍数Ku=20d B。35311回风巷1II 1 1 1 1 1 V V 1 r 1 f 11 rrri“50ml珂50m未淋区域爆破区域35311运输巷图5探测方案下载原图2. 4探测结果图6顶板深孔爆破后波速分布云图下载原图2017年6月15日对35311工作面进行波速场探测，探测结果见图6所示。图6 中不同颜色代表震动波在煤岩体中传播的速度，颜色由蓝到红代表波速依次升 高，波速越高代表煤体应力值越大。图6中140190m区域1为顶板己经打顶板 孔未爆破区域，190240m区域2为顶板爆破区域，从图6能够看为顶板打眼未 爆破区域1存在着高应力区，口波速呈现不均匀分布状态，顶板爆破区域2波速 呈现均匀分布状态，其原因是老顶孔进行爆破后老顶孔岩层出现裂隙，破坏了 岩层结构的完整性，进而造成了波速应力均匀分布，减弱顶板对煤体的夹持作 用，所以运用老顶深孔爆破避免了大规模区域的应力集中，达到了冲击地压的 防治目的。图7中部支架工作阻力与來压判据关系图下载原图在工作面老顶进行深孔爆破同时，对工作面的周期来压进行分析。表2和图7 是2017年4月9日201
