礦震災(zāi)害與預(yù)防

王斌

摘 要：本論文分析了礦震的原理、礦震的監(jiān)測、礦震的預(yù)警等幾個重要的問題。

關(guān)鍵詞：礦震； 監(jiān)測； 預(yù)防

中圖分類號：TD82 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：1006-3315（2013）06-174-001

礦震，在煤礦又稱為沖擊地壓，指礦井高應(yīng)力區(qū)內(nèi)煤體、巖體及斷層在受外界擾動瞬間失衡破壞時，釋放出很大能量而引起以猛烈震動和爆發(fā)式破壞為特征的礦山動力現(xiàn)象。礦震是采礦誘發(fā)的礦井地震，是礦井的一大自然災(zāi)害。如今，礦震由采礦安全演化為公共安全問題，因此，全面了解我國礦產(chǎn)資源開采誘發(fā)礦震的狀況，客觀看待檢測和研究現(xiàn)狀，抓住主要矛盾和共性問題有針對性地采取應(yīng)對措施，對制定礦產(chǎn)資源深部開采宏觀戰(zhàn)略，有效防治礦震災(zāi)害，保障公共安全具有重要意義。

一、礦震的致災(zāi)因子的分析

礦震是人為開采活動導(dǎo)致地下局部應(yīng)力的重新分布，進(jìn)而在某些部位積累的應(yīng)力值超過其強(qiáng)度或彈性形變量的限度時突然爆裂而產(chǎn)生的。總結(jié)起來，礦震的致災(zāi)因子包括以下幾方面的因素：

（1）開采直接引起崩塌、冒落、瓦斯爆炸等因素；

（2）開采卸載間接誘發(fā)地震，即在一定構(gòu)造環(huán)境下，由于應(yīng)力集中引起巖石破裂和應(yīng)變能釋放。長期強(qiáng)度的降低可誘發(fā)礦震；

（3）隨著主關(guān)鍵層懸頂面積的擴(kuò)大、應(yīng)力集中程度的升高、斷層活化，主關(guān)鍵層的破斷運(yùn)動導(dǎo)致覆巖大結(jié)構(gòu)的瞬時失穩(wěn)，產(chǎn)生強(qiáng)大的沖擊氣流。

二、礦震的監(jiān)測方法

1.關(guān)鍵層位位移觀測

關(guān)鍵層位位移觀測法是對頂板巖層位移監(jiān)測，尤其是對關(guān)鍵層位巖層位移的監(jiān)測要經(jīng)歷采動影響階段和采后影響兩個階段， 因此測區(qū)只能布置在相鄰的巷道內(nèi)。沿工作面推進(jìn)方向可布置兩個測站：一個位于推進(jìn)長度的中間位置，另一個位于停采線煤壁附近。鉆孔布置成同一鉛垂面上的多層扇形。由于在孔內(nèi)只布置位移基點(diǎn)，故孔徑以便于施工鉆孔為宜， 終孔位置應(yīng)位于關(guān)鍵層位巖層內(nèi)。

2.煤柱內(nèi)應(yīng)力觀測

頂板的運(yùn)動與煤體內(nèi)應(yīng)力變化是緊密相關(guān)的，監(jiān)測煤柱內(nèi)的應(yīng)力分布便可推斷覆巖大結(jié)構(gòu)的運(yùn)動規(guī)律，并可監(jiān)測大結(jié)構(gòu)的幾何參數(shù)。區(qū)段煤柱與停采線煤柱內(nèi)均要布置應(yīng)力測點(diǎn)。

3.煤體位移觀測

監(jiān)測煤柱內(nèi)應(yīng)力與對應(yīng)位置變形， 可以分析煤柱強(qiáng)度與變形性質(zhì)，尤其是研究支撐頂板兩側(cè)煤柱隨時間變化的流變性質(zhì)及其對頂板穩(wěn)定性的影響是至關(guān)重要的。煤柱變形觀測位置應(yīng)與應(yīng)力計(jì)觀測位置相對應(yīng)，即在區(qū)段煤柱與停采線煤柱內(nèi)均要進(jìn)行監(jiān)測，觀測儀器可用數(shù)顯示電腦動態(tài)儀。

4.采空區(qū)底板應(yīng)力觀測

在采空區(qū)底板內(nèi)布設(shè)應(yīng)力測點(diǎn)，可直觀地監(jiān)測分析頂板冒落后在采空區(qū)內(nèi)的壓實(shí)程度，進(jìn)而分析頂板沿走向與傾向的結(jié)構(gòu)參數(shù)及沿厚鉛垂方向的離層組合運(yùn)動規(guī)律。

5.電磁輻射觀測

采用流動式電磁幅射儀對煤體物理力學(xué)性態(tài)進(jìn)行觀測，可以對煤體的完整性做出初步評價(jià)。具體做法是：在工作面回采過程中隨時對超前煤壁30m范圍內(nèi)的煤體進(jìn)行電磁幅射監(jiān)測，尤其是在老頂初次來壓前夕、周期來壓前夕、采空區(qū)“見方”時的監(jiān)測更為重要。

6.采空區(qū)氣體分析法

采空區(qū)氣體分析法是在回采工作面后方采空區(qū)內(nèi)采取氣樣， 進(jìn)行氣體成份分析，利用氧氣濃度變化規(guī)律預(yù)測預(yù)報(bào)礦震危險(xiǎn)程度。通過試驗(yàn)將采空區(qū)氧氣濃度指標(biāo)暫定<10%，即當(dāng)0.2<10%時，有發(fā)生礦震災(zāi)害的危險(xiǎn)。

三、礦震的防治措施

1.合理進(jìn)行開采部署

煤柱：工作面之間盡可能不留設(shè)煤柱或只留設(shè)寬度極小的煤柱，以有利于采空區(qū)覆巖主關(guān)鍵層的運(yùn)動與沉降，減少覆巖主關(guān)鍵層的懸空面積與采空區(qū)周圍的能量積聚。

推進(jìn)方向：采取從斷層、褶曲軸部、采空區(qū)、煤柱開始回采的開采程序。應(yīng)避免工作面向斷層方向推進(jìn)，將開切眼布置在斷層一側(cè)，或者將工作面沿著斷層方向布置。

2.合理瀉風(fēng)與構(gòu)筑強(qiáng)力堵風(fēng)密閉

泄風(fēng)：把沖擊氣浪引入專用排風(fēng)井巷，排出地面。泄風(fēng)井巷可用采區(qū)回風(fēng)巷或礦井總回風(fēng)巷替代，亦可在采區(qū)邊界或礦井邊界掘進(jìn)專用的泄風(fēng)巷或泄風(fēng)井。

高強(qiáng)密閉：礦震壓縮空氣一般不超過1.0MPa，通過增加密閉強(qiáng)度，把壓縮空氣隔離在采空區(qū)內(nèi)，使其在采空區(qū)內(nèi)平衡是可行的。

3.覆巖主關(guān)鍵層下位離層注漿減沉

綜放面覆巖主關(guān)鍵層下位離層量大，閉合速度慢，甚至可以長期存在，對主關(guān)鍵層下位離層進(jìn)行注漿，粉煤灰在離層空間內(nèi)沉淀形成充填體，減緩主鍵層的運(yùn)動，來達(dá)到防治礦震災(zāi)害的目的。

4.堅(jiān)硬頂板強(qiáng)制放頂方案設(shè)計(jì)

對于分層厚度大整體性好的高位巖層，可通過注水壓裂弱化， 改變巖體的物理力學(xué)性質(zhì)，降低巖體強(qiáng)度，縮短自行冒落步距，變難冒落頂板為可冒落頂板。在采場的邊界，由于煤柱的支撐作用，很有可能無法自行冒落，對這一類頂板一般需要實(shí)施深孔大藥量集中爆破，以改變頂板巖體的來壓步距。

四、結(jié)語

礦震是地下開采中較為常見的工程災(zāi)害，給正常的生產(chǎn)活動帶來重大危害。礦震的發(fā)生是有規(guī)律和前兆的，是可認(rèn)識、監(jiān)測和防治的，地震部門近幾年的參與，使礦震的研究與防治工作取得了新的進(jìn)展。礦震的孕育和發(fā)生具有復(fù)雜的過程，目前對其發(fā)生規(guī)律與機(jī)理的認(rèn)識仍是比較粗淺的，完全有效的實(shí)現(xiàn)對礦震的預(yù)防與防治仍然是困難的，仍需要進(jìn)行深入的研究和實(shí)踐。

參考文獻(xiàn)：

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