山東省礦震特點、災害機理、監測工作現狀及對策分析

劉承雨 李國一 田兆陽

山東省地震局，山東濟南 250014

山東省是煤炭、黃金等資源大省。近些年來，礦震的發生給礦區的安全生產造成了一定影響，引發的不安定因素仍普遍存在。加強礦震監測對于降低和減少礦震所導致的事故和災難，對礦山企業的安全生產、提高礦震災害應急處置能力、有效減輕社會影響具有積極作用。本文對山東省礦震空間分布特點、礦震的發生機理和監測現狀進行了系統的分析，并針對目前礦震監測問題提出建議。

1 山東省礦震特點

山東省是礦震多發地區之一。尤其濟寧礦區（煤礦）、棗莊礦區（煤礦+石膏礦）、萊蕪礦區（煤礦）、臨沂平邑礦區（石膏礦）以及淄博礦區（煤礦）是礦震多發地區（圖1）。每年記錄到的礦震多達百余次。

圖1 山東省礦區分布圖

統計2014～2017年我省M≥1.0級礦震數據表明，我省平均每月發生礦震2.3次，礦震發生頻次較高。在區域分布上，礦震發生的地點約53%發生于濟寧地區，其中，發生在鄒城市（集中在東灘礦區、鮑店礦區、興隆莊礦區）的礦震占濟寧地區礦震數量的72%。

在礦震震級分布上，2014～2017年，M≥3.0級的礦震有4次，M≥2.0級的礦震有42次，M≥1.0級的礦震有61次。按照礦震發生地分類，發生礦震的礦區全部為煤礦和石膏礦。

震級較大礦震集中分布在濟寧鄒城市、兗州區（煤礦）、淄博市博山區（煤礦）以及臨沂平邑縣（石膏礦）。2014年來，隨著博山區采空區治理力度增大，礦震頻次及震級明顯減少。鄒城市、兗州區為兗礦集團駐地，目前煤礦尚處開采階段，根據礦震區域特點，該區礦震具有發生頻次高，震級大的特點。平邑縣礦震發生頻次較低，但發震震級大，破壞性強，易發生人員傷亡和直接經濟損失，例如，2015年“12.25”平邑3.5級礦震共造成1人遇難，13人失蹤。因此，鄒城兗州地區和平邑縣兩地需要重點盯防。

2 山東省礦震機理分析

2.1 礦震分類

按照國際通用礦震分類標準，可分為兩類（表1）。第一類為沖擊地壓，主要包括第發生在礦區周圍巖體中，因地殼應力調整，沿一些小的斷層滑動而發生的地震波釋放，以及發生在礦道內的瓦斯、煤粉引爆造成的震動，發生在工作面幾十米附近，震級較小，對工作面威脅較大。第二類為礦山地震，發生在大面積采空區，距離工作面較遠，震級偏大。

表1 國際通用礦震分類

2.2 礦震災害發生機理

一般認為，沖擊地壓型礦震（第一類礦震）的發生與開采深度、開采速度及開采速度穩定性有關[1]。王林瑛依照地震活動性多參數方法對1968～2004年兗礦集團鮑店煤礦礦震監測數據進行分析認為當開采進度過快時，容易誘發較大的礦震[2]。

礦山地震型礦震（第二類礦震）與開采深度、開采方式，采空區范圍及上覆巖層性質有關。李世愚對全球煤礦礦山地震統計結果表明，開采深度大于500m的礦山就有發生3級以上礦震的可能性[3]。

2.3 兗礦集團東灘礦區礦震機理分析

2.3.1 沖擊地壓型礦震發生機理

閆憲磊以SOS礦震監測系統為依托，對兗礦集團東灘礦1305綜采面回采期間礦震進行了152d的連續監測[4]，結論表明，一方面回采面的推進速度與低能量礦山震動之間存在明顯的線性關系，隨著開采速度的加快，震動的總能量由低能向高能轉變，沖擊低壓發生的危險性增加。另一方面回采速度的穩定性對工作面的圍巖應力分布有很大影響，同樣開采強度下勻速開采表現的應力集中系數較小，煤巖體內存儲的彈性動能小，礦震次數和能量較低。

2.3.2 礦山地震型礦震發生機理

根據東灘礦區地質報告，礦區為中部至深部開采，大部分地區采深大于500m，存在發生3級以上礦震可能性。目前回采的3號煤層沉積穩定，煤層較厚，平均煤層厚度為8.5m，回采后采空區縱深高，后側存在較大范圍的懸頂。另一方面，3號煤層上覆巖層為侏羅系粉紅色厚層含礫粗粒致密砂巖（東灘井田最大厚度可達794.57m），上覆巖層比重大，在大范圍懸頂和上覆巖層重力的雙重疊加下，容易產生應力集中，進而引發較大震級礦震。

2.4 平邑石膏礦區礦震機理分析

山東境內石膏礦普遍采用房柱式開采方法[5]，采礦中留設的保安礦柱過小，個別礦柱甚至呈楔形，礦房跨度較大，采高較高，保安礦柱受壓達到極限后首先劈裂、變形倒塌，引起局部礦房垮塌，地應力迅速向四周傳遞，四周的礦柱突然增壓并受到沖擊波的沖擊易被拉倒，形成連鎖反應，最終導致整個采空區大面積塌陷，形成突發性礦山地震。

3 山東省礦震監測現狀及問題

山東棗莊礦務局陶棗煤田自1976年唐山地震后開始裝備地震儀記錄礦震，1985年該礦從波蘭引進的SKA- 3型地音系統和SYLOK型微震系統，1988年煤炭科學研究院開采所對該系統進行了微機改造，用于監測礦震[6]。山東省地震局自2004年開展了臨時數字地震臺網現場礦震觀測工作，在鮑莊煤礦礦區附近設立由3臺數字地震儀組成的小區域地震臺網。近年來，隨著煤礦資源需求量的增加以及安全生產理念的不斷深入，各大煤礦都建立了以監測對象為中心等礦震監測網略平臺。

目前山東能源集團6家權屬礦業集團和兗礦集團均針對礦震建立了監測網絡平臺。例如，龍礦集團形成了以梁家礦為臺網中心，7對生產礦井組成的礦震監測臺網系統；兗礦集團建立兗州礦區監測網絡平臺，形成了以鮑店煤礦為臺網中心，興隆礦、東灘礦、南屯礦等8個觀測臺站組成的充礦集團數字遙測礦震監測臺網系統[7]，針對礦震發生的密集區，兗礦集團還實施追加多套地面流動臺網從而加密觀測，增加在災害重點區域的礦震監測能力。

4 礦震監測工作對策分析

（1）礦山生產企業應依托高校和科研院所開展礦震監測安全生產研究。建議在采礦工作面布設監測設備，實現礦區微震監測系統的建立及并網，對第一類礦震進行密切監測，根據檢測結果同煤與瓦斯突出、礦井突水等安全生產事故的關聯性及耦合性進行分析，并結合區域地質背景探索解決方法和應對措施。

（2）合理選址和布置煤礦微震臺站，加強科技研發，提高礦震監測精定位程度和山東省礦區臺網密度，形成礦企一體化的監測系統。