文档介绍：中国煤矿安全技术培训中心 放顶煤开采专题培训
矿震(冲击地压)防范技术
樊运策研究员
煤炭科学研究总院
2005年10月11日
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主要汇报内容
矿山地震的成因与分类
矿震的危害
矿山地震的机制与区域应力场
矿震实例分析
矿震防范措施
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矿山地震的成因与分类
矿山冲击震动现象在煤炭系统称为“冲击地压”。矿震的发生原因: 矿山开采, 严重破坏了在地质年代形成的原岩应力场,由于采空区坚硬覆岩大面积悬空后,围岩应力集中程度增大、岩体积累的应变能增加,影响范围随之扩大,脆性岩层或煤层中出现微破裂与地声;随着应力继续增加,微破裂和地声频次增加,当微破裂次数与规模使之彼此贯通时,煤岩体产生宏观破裂,伴随强烈的震动;坚硬覆岩突然脱离母体瞬间垮落,压缩空气产生强大的气流,从而引起矿震危害。
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矿山地震的成因与分类
矿山地震一般分为冒落型、冲击型、断层型和构造型。当煤系地层较厚时, 各煤层之间都有坚硬、厚层状的矽质胶结的中粒石英砂岩岩层,这种岩层称为煤层的上下顶板。因岩层的强度大、弹性高, 在采煤以后, 往往形成大面积悬空。在上覆岩层的重力和区域构造应力的作用下, 岩体内集聚了相当大的变形能。当应力高于岩体本身的强度时, 一旦受到外界微小的扰动, 便在瞬间发生失稳破坏, 同时释放出所集聚的巨大能量, 而引起猛烈地震动, 并波及地面。这种震动称为冒落型矿震。
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矿山地震的成因与分类
若煤体也具有较高的弹性和脆性破坏特征, 既使顶板没有冒落, 煤体也极易发生由开采面向外冲击的破坏, 而引起震动, 这种震动所涉及范围较小, 因而释放能量较小, 震级较低, 一般来说M L ≤。这种震动称为冲击型矿震。
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矿山地震的成因与分类
矿区内有一些小断层, 虽其长度不大, 落差较小, 但却是因开采而激活的断层, 在采煤以后断层两盘失去支承或支承不平衡时, 在构造应力和垂直压力作用下使断层发生错动, 称为断层型矿震。这种断层型矿震虽与断层有关, 但断层规模不大, 不会积蓄太大能量, 这种震动的震级一般在3~4 级之间。
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矿山地震的成因与分类
构造型矿震更接近于天然地震, 其能量主要来源于大范围的构造应力场, 开采仅仅是一个诱发因素, 震级可达5 级以上, 一般在4~5 级之间。我国辽宁北票矿务局的台吉矿所发生的矿震就属于构造型矿震, 它的发生与1975年的海城地震虽然有某种联系, 但毕竟是不同类型的震动。
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矿震的危害
矿震是由矿山开采引起的地震活动,它对矿山安全生产的危害性极大。
目前,我国己有门头沟、辽源、六枝化处、大同、北票、陶庄、涟邵、抚顺、新汶、兖州等矿区的55个以上的煤矿发生过矿震。例如,抚顺矿区现在每年发生矿震达3000-4500次,最大震级为ML= ;门头沟矿自1947年首次发生ML= ,随着开采深度的不断增加,矿震频次和能量均显著增加,1994 年5 月19 日发生一次M L≥ 的矿震, 震动了北京全市, 并惊动了在京的中央许多部门;新汶矿区现开采深度达700-1000 m,矿震现象己十分突出,每年发生的矿震达100余次,地面有强烈的震感,影响范围超过10 km。兖州矿区自2001年以来已记载过多次发生破坏性的矿震,2004年9月6日还发生了一起死亡两人的矿震事故。
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矿震的危害
近年来,随着我国煤矿综放开采深度与强度的加大,一些矿区监测到的矿震活动己经十分频繁,甚至发生了比较严重的矿震灾害,但还没有系统开展放顶煤开采矿震活动的研究。科学地掌握矿震灾害的发生、发展规律,探讨其发生的成因、机制,采取有效的减灾防灾对策,对于防范重大事故,实现煤矿安全生产具有重大意义。
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矿山地震的机制与区域应力场
矿震是由于人工开挖以后所发生的, 因此在某种意义上, 人工开挖是引起矿震的根本原因, 但是, 矿震既不是每处都发生, 又不是随时都有危险。经多年的实际观测和理论研究, 发现矿震不仅与开采形成的重力场有关, 还与原岩构造应力和现今应力场有关。
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