很多矿区因地质条件复杂，前期地质勘探资料不全等原因，造成了在采空区上方遗留了一部分可采煤层。近年来随着浅部煤炭资源的减少，如何安全、高效的将可回收煤炭资源采出是目前急需解决的问题。近年来，上行开采技术在顶板岩层运动规律和上行开采可行性问题研究上取得了大量成就［1－5］，代表性的有刘天泉提出了比值判别法、“三带”判断法，并提出了上行开采可行性必要的层间距公式［6］;李鸿昌，钱鸣高利用围岩平衡理论研究了上行开采机理［7］;汪理全在分析了导水裂隙带变化和巷道变形规律的基础上，对围岩平衡法进行了修正和简化［8－9］。但这些研究成果主要是针对回采工作位于在采空区的上方情况，当出现上层工作面位于下层采空区外侧时，特别是当上部工作面回从下部实体煤进入到采空区侧的情况时，底板能否保工作面的稳定性，是否会出现整体下沉现象以及覆岩破裂规律和高度就变得极为复杂，因此有必要采用高精度的微震监测技术并结合理论分析对其深入研究，为底板的稳定性、“三带”高度的划分和危险的预测预报提供新的研究方法。
1工作面概况
新疆龟兹煤矿在A603工作面开采后，发现A6－1可采煤层，为了提高煤炭回收率，在A603采空区上方布置A6－103工作面，并且工作面长度远大于下部采空区走向长度。A6－103采面煤层厚度平均5m，与下部A603煤层采空区层间距平均为17m。A6－103可工作面埋深215～210m，工作面长150m，煤层平均倾角2°～13°，采用综放开采技术，割煤2．8m，放顶煤2．2m。A6－103采面顶板以泥质砂岩和炭质泥岩为主，底板以中粗砂岩为主。
2微震监测
2．1微震监测原理
微震监测技术是监测煤岩体在变形破坏过程中产生的微震事件，通过对微震事件的空间定位和能量分析，能够反应出大量关于岩体受力变形破坏以及岩体发生破坏程度的大量信息。微震监测方法是在监控区域布置若干检波器，通过检波器拾取煤岩体破裂而产生的震动波形，通过对接收到波形进行处理分析，从而实现对煤岩结构体的破裂情况进行判断。根据系统监测得到的微震波信息，代入式(1)即可求解方程组，最终得到震源的坐标和发生时刻。
2．2微震监测系统布置
采用煤炭科学技术研究院有限公司(原煤炭科学研究总院)安全分院自主研发的KJ768高精度微震监测系统，对浅埋深综放A6－103工作面顶板运移规律进行了监测和研究。在工作面进入下部临近采空区附近的上下顺槽共布置2个分站，16个检波器分别标号为1～16号，相邻检波器间距为30m。
2．3微震监测系统精度检测
为校验龟兹煤矿井下16个检波器的震动接收效果和定位精度，采用深孔爆破的方法人为产生震源，利用微震监测系统对其能量大小和震位置进行定位。深孔爆破钻孔布置在下顺槽实体煤顶板岩层中，钻孔深度16．3m，角度45°，装药量为5kg。微震监测空间定位结果放炮震源能量为41263．64J，震级为1．48。空间定位结果见表1。空间震源定位能够实现10m以内的定位精度，能够满足采矿工程尺度的精度要求。
2．4微震事件的波形研究
龟兹煤矿的微震监测系统安装以后，由于检波器非常敏感能够监测到10J以上的能量震动，而井下产生的微小振动的原因有很产多，如材料列车的产生的振动，乳化液泵的振动等，通过地面监控主机对井下检波器的波形分析，将波形分为以下5类，井下振动波形分类如图1。
3开切眼上方岩层破裂微震事件分析
3．1微震事件空间位置分析
随着工作面不断向采空区推进，微震事件的发生过程分为3个阶段:第1阶段为距离开启眼距离45m以前，微震事件较少的正常阶段;第2阶段为距离开切眼40～25m时，微震事件迅速增多并主要集中在距离切眼左侧13m左右，不跟随工作面而向前发展的迅速破裂阶段;第3阶段为距离开切眼25m以后，进入采空区侧微震事件迅速减少并主要发生采空区侧的破裂减少阶段。分析第2阶段微震事件主要发生在开切眼附近有以下2方面原因:①应力积聚原因，由于实体煤侧煤岩体结构完整，容易积聚弹性能，采空区侧由于顶板结构整体性遭到破坏，顶板高位岩层产生的大量裂隙，很难形成大尺度的“砌体粱”的结构，不能传递超前采动应力，因此应力在切眼上方岩层积聚，导致煤岩体破裂;②应力叠加原因，由于受到切眼后方实体煤的后方支撑应力和本煤层的超前采动应力叠加的影响，也加剧了煤岩体结构的破坏程度，导致大量的微震事件在此发生。
3．2上覆顶板破坏范围分析计算
由于井下岩层是一种非均质的，结构复杂的组合体，物理力学性质有很大差别。在以往计算覆岩破坏高度时，通常是依据大量的现场实测，将岩层分为坚硬岩层、中硬岩层、和软弱岩层以及风化软弱岩层4类［11］，并总结出相应的类型的跨落带和裂隙带的经验公式。A6－103煤层顶板标高平均为1760m，微震事件主要发生在标高1780m以下，说明垮落带高度为20m，垮落带高度是采高的4倍;标高在1800m上方微震事件的数量比较少，最高达到了1870m，说明裂隙带发育高度为70m，裂隙带高度是采高的14倍。将微震数据分析的顶板垮落带和裂隙带高度和理论公式计算结果相比较可知，采用微震监测的“两带”高度与经验公式计算结果差别较小，具有一定的准确性，结果见表2。
3．3微震事件能量分析
为了能够保证A6－103工作面顺利通过下部临近煤层开切眼附近的高应力区，对切眼上方煤岩结构体破裂的微震事件能量进行分析。根据8月3日－8月17日经过切眼期间每日微震能量和结果可以看出，发生的最大震动能量为83509J。从8月3日－8月7日均在20000J以下，从8月8日－8月13日微震能量和迅速增加，8月10日和11日能量和均在达到最大值为140000J以上，这与现场支架阻力持续增长相吻合，说明煤岩体在此期间产生了大量破裂和位移。同时，A6和A6－12层煤之间的岩层在A603切眼附近10m处微震事件较少，说明A6－1煤层底板没有出现较大岩体破裂，岩层整体性完好，不会出现整体下沉现象，能够保证工作面的安全回采。
4结论
1)通过对井下标定炮震源的空间定位，能够得到微震监测系统的定位精度在10m以内，能够满足煤层上覆岩层破裂运动监测要求。2)通过对井下检波器波形分析，将振动波形分为机械振动、强电流干扰、泵站干扰和人为敲击和其他干扰几类5类。3)工作面接近下部临近采空区时，微震事件的空间位置和每日能量和现随着工作面推进出现“正常－快速破裂－破裂减少”3个明显阶段。4)采用微震监测方法测得的垮落带高度是采高的4倍，裂隙带高度是采高的14倍。5)A6－103工作面底板在下部A6－1切眼上方附近的微震事件较少，能保证工作面的安全回采。
作者：季成 孔令海 高凯 单位：煤炭科学技术研究院有限公司 煤炭科学研究总院 煤炭资源高效开采与洁净利用
