冒落型矿震成因机理的研究
冒落型矿震成因机理的研究
谷新建 副教授(湘潭工学院资源工程系)
学科分类与代码:620130350【摘 要】 冒落型矿震属于塌陷地震的范畴,其形成和演化受到区内自然因素和人为因素的作用。笔者研究了顶板冒落的前兆特征、发展过程、运动形式和致崩原因,探讨了冒落型矿震的成因机理,提出了由于地下开采引起采空区顶板冒落,释放能量,诱发矿震的观点。【关键词】 地下开采 顶板冒落 能量释放 矿震
OriginandMechanismofMineTremorduetoFalling-in
GuXinjian,Assoc.Prof.(DepartmentofResourceEngineering,XiangtanPolytechnicUniversity)Abstract: Theminetremorduetofalling-inappertainsakindofseismicsubsidence.Itsformationandevolutionareaffectedbymanynaturalandman-madefactorsinthisregion.Theprecursorchar2acteristics,developmentprocess,movementmodeandgenesisoftherooffallarestudied.Theoriginandmechanismofminetremorduetofalling-inareprobedinto.Theauthorconsidersthattheminetremormaybeinducedbytheenergyreleasewhenrooffallingaftertheundergroundmining.Keywords: Undergroundmining Rooffall Energyrelease Minetremor
1 引 言
冒落型矿震是由于采空区顶板冒落而引起的矿山岩层震动,属于诱发地震的范畴,亦称为人为地震。从现有的资料来看,虽然这类地震震级不是很高,但由于震源浅、震中烈度偏高,故破坏性较大。它与天然地震虽有共同基础,但它们在孕育和发展过程中又有很多不同之处。尽管前人已就矿震的形成机理、预测和防治等课题开展了大量的研究工作,并取得了显著成果,但仍有很多问题尚未获得根本解决[1]。因此,研究冒落型矿震的成因机理,对完善地震科学理论,具有重要的理论意义。在我国,地下金属矿床空场法开采的比重约为55.7%,在国外使用空场法的矿山也较多,平均比重也大于50%,并且大部分矿山未进行空区处理,采场顶板大面积垮落、地表开裂和塌陷、矿震等恶性矿山灾害时有发生,对矿山井下生产及工人安全构成很大的威胁。特别是随着矿山开采深度不断加大,深部地压活动将越来越剧烈,由此而引起采空区顶板冒落诱发矿震的可能性也会随之而增加。据1993年不完全统计,我国煤炭部门已有65对矿井发生此灾害,其中35对累计发生过2000余次具有破坏性的采掘诱发地震,造成数以百计的人员伤亡
[2]。因此,研究冒落型矿震的成因机理,对矿山防震减灾和安全生产,同样具有非常重要的现实意义和指导作用。2 冒落型矿震特征及前兆现象
2.1 冒落型矿震特征根据采空区顶板的冒落形式和冒落量,可将冒落型矿震分为因围岩发生微量位移或少量顶板岩石垮落所导致的微震活动;围岩极限应力区脆性破坏,第12卷第2期2002年4月 中国安全科学学报ChinaSafetyScienceJournal Vol.12No.2Apr.2002采空区顶板岩石较大面积垮落所导致的冲击地震和因顶板大规模崩塌而发生的塌陷地震3种。这些地震都伴随采矿活动而发生,且仅限于矿区,故称它为采矿诱发地震,简称矿震。多发生在开采深度较大、岩性坚硬难冒和地质构造复杂的采空区,并具有以下特征:震中分布范围小,无明显迁移现象;震源浅、震级小、烈度高;地震波形简单、周期较大、面波清晰、衰减极快(见图1);地震时,一般伴随响声和空气冲击波等[3]。
图1 冒顶震相曲线2
.2 顶板冒落的前兆现象由于采矿活动,破坏了原岩体的应力平衡,采场、围岩和矿体内应力重新分布,形成次生应力场,使矿柱、采场顶板和围岩发生位移和变形,甚至发生破坏。根据湖南锡矿山锑矿的经验[4]:首先征兆是岩层发响,称为“岩音”。大响(如炸雷声)是岩层深部离层和断裂;小响(如鞭炮声)
表明岩层浅部受压破坏。响声由深部向浅部和矿柱扩展,频率由低向高增加。大冒落前数天响声剧增,冒落前夕的声响每分钟达70次以上。此时,采场顶板岩层和矿柱承压破坏发响,连续不断,预示大冒落即将来临。第二个现象是采场顶板松动和掉块。
大冒落前3个月内掉块次数为1.5～6次/h;临近大冒落前约10余天,增加到15～17次/h;在大冒落前夕,剧增至27～30次/h。第三个现象是矿柱破坏和采场顶板下沉、开裂、局部冒落。在大冒落前一个月时,发生裂隙和剥落的矿柱占矿柱总数的12%;在大冒落前3个月,顶板下沉速度为0.3～0.5mm/d,并出现采场底鼓、巷道开裂等现象。3 冒落型矿震成因机理分析3.1 顶板冒落的影响因素巷道和采空区顶板冒落是多种因素综合作用的结果,并受很多条件制约,主要包括两个方面:一是矿区地形地质条件,即矿体形态、矿层厚度、埋藏深度、水文及工程地质条件、矿体产状、地质构造、矿石和围岩物理力学性质和化学性质等自然因素;二是矿区的开采技术条件,即开采深度、开采方法、采空区体积及其形态、采空区处理方法等人为因素。自然因素是自然形成的,难以改变。人为因素是人为造成的,可随人的主观意志为转移,只要开采技术条件适当,就可避免或减轻矿山顶板冒落灾害的损失。3.2 拱形冒落理论矿山采掘过程中,由于在地下形成的巷道和采空区破坏了原岩体的应力平衡,致使巷道和采空区的顶板岩层在自身重力和上覆岩层的压力作用下,应力重新分布形成次生应力场,于是产生向下的顶板弯曲和移动。当顶板岩层内部所形成的拉张应力超过该岩层的抗拉强度极限时,直接顶板便首先发生断裂和破碎。一般而言,顶板冒落总是以部分岩层缓慢破裂为先导,随着破裂过程的不断延深,有关岩体最终将从母体中脱落下来,并相继冒落。俄罗斯的M・M普罗托吉亚科夫,德国的哈元和吉列策尔等人通过对顶板冒落的调查,认为巷道和采空区的顶板往往冒落成一抛物线拱形而最终稳定下来,形成自然平衡拱,如图2所示。3.3 能量假说顶板岩石冒落的过程本身就是能量释放的过程。根据能量原理,冒落岩石的重力势能为:Ep=mgH(1)式中,Ep———冒落岩石的势能,J;m———冒落岩石的质量,kg;g———重力加速度,g=9.8m/s2;H———冒落高度,m。将空区顶板岩石冒落看成自由落体运动,岩石・16・第二期 谷新建:冒落型矿震成因机理的研究
图2 顶板冒落示意图在空气中运动时,在冒落岩石的前后形成压力差,迫使大量空气被迅速压缩和膨胀,形成冲击气浪,释放能量,对采空区围岩作功,使岩层产生震动。冲击气浪的能量可用下式计算[5]:Ec=CSn(S-Sn)SρgH2(2)式中,Ec———冲击气浪的能量,J;C———冲击风压校正系数,C=0.32～0.77;S———空区底面积,m2;Sn———冒落岩石在垂直风流方向上的投影面积,Sn=π3G4πγn2/3,m2;ρ———井下空气密度,ρ=1～1.27kg/m3;G———冒落岩石的重量,kg;γn———冒落岩石的体重,kg/m3。3.4 能量转换根据能量转换与守恒定律,冒落岩块的重力势能和冲击气浪的能量叠加,转化为冲击动能,对采空区围岩作功,冲击采空区,使采空区围岩产生震动,并发出响声。这种岩层震动就是矿震,这种能量转换机制就是顶板冒落型矿震的成因机理。它们的转换关系可以根据李希特———古登堡的震级体系公式求得[6]:E=Ep+Ec(3)logE=11.8+1.5Ms(4)1.5Ms=1.9ML-0.02M2L(5)式中,E———顶板冒落产生的总能量,erg;ML———近震震级。
4 实例分析
青山硫铁矿属于缓倾斜薄矿脉群体矿床,矿体赋存于泥盆系中统棋梓桥组灰岩中,矿岩坚硬和稳固(f>12),断层裂隙破坏严重,地质构造复杂。该矿采用下盘主、副斜井开拓,房柱法开采,开采深度已达250m,开采历史已有300多年,累计形成采矿区总体积约为80×104m3,开采至今未进行空区处理。1997年7月1日在220中段341—2#采场发生了较大规模的采场顶板冒落,地震后现场目测估计冒落体积约为1000m3,冒落高度约为30m,冒落岩石体重为2.83t/m3,采空区底部面积约为900m2。应用上述理论公式分别计算出:冒落岩石的势能为8.32×1015erg;冲击气浪的能量为7.5×1012erg;顶板冒落总能量约为8.33×1015erg,换算成近震震级ML为2.5。这一结果与地震台网测定的ML2.6接近[7]。5 认识与结论
(1)冒落型矿震是矿山的动力现象,是由矿岩体的自然条件、岩层压力以及围岩的结构和特性决定的,而采矿活动是冒落型矿震发生的条件。(2)岩石冒落的过程就是能量的释放过程,释放的能量将对采场围岩作功,使围岩产生震动。这种岩层震动就是冒落型矿震。释放的能量大,矿震震级就高;反之,能量小,震级就小。它们成对数线性关系。因此,只要知道采空区的冒落情况,就可以预测矿震震级及产生的危害程度。至于采空区顶板冒落的预测和预报,现在已有很多先进的方法和仪器设备,例如:地音仪、应力计等,都能较准确地进行预测和预报
。(3)笔者应用能量原理分析和研究了冒落型矿震的成因机理,提出了一种新的矿震预测和预报的方法;得出的结论与现场实际情况基本相符。这种方法及其机理对完善矿震理论和实现矿山防震减灾具有重要的意义。(4)由于冒落型矿震主要是由采空区顶板冒落诱发的,因此,在矿山采矿活动中,应选择合理的开采技术方案,优化开采顺序和开挖步骤。采用卸压开采技术,避免采空区顶板局部应力集中和应变能聚集;加强采空区顶板观察,及时处理采空区;合理进行爆破设计,减少爆破震动影响等,避免采空区顶板冒落,以达到防治矿震的目的。(5)矿震成因非常复杂。针对其成因及诱发规律进行分析,并提出相应措施;利用数值预测技术预测矿震等方面,还有待进一步研究和探讨。・26・中国安全科学学报ChinaSafetyScienceJournal 第12卷2002年(收稿:2001年6月;作者地址:湖南省湘潭市雨湖区石马头2号;湘潭工学院资源工程系;邮编:411201)
参考文献
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矿山地震含义及其研究方法浅析
南缸科技２０１ ２年第４期 学术研讨
矿山地震含义及其研究方法浅析
姜鲁斌① 顿志元①
①贵州大学喀斯特环境与地质灾害防治重点实验室 邢锋② 韩建①
５５０００３贵阳；②天津市海岸带工程有限公司
摘要矿山地震问题是人类地下采矿工程活动引起的一类地震现象，其研究是涉及多个学科领域的综合研究。与其相关的采矿
工程、岩石力学与工程、地质学、固体地球物理学等学科的学者对这一问题进行了长期大量的研究，取得了一系列重要的研究结果、 矿山地震问题本身具有涉及学科领域广、开采条件多样、地质条件复杂等特点，对矿山地震问题的研究也出现了百家争鸣的势态．研
究思路、研究方法与手段以及对相关学术术语的定义与运用都存在很大的差异，国内外学界尚未对相关概念形成统一认识，本文从矿
山地震相关学术术语的定义和矿山地震问题的研究方法为出发点，对矿山地震问题的研究提出了一些观点。
关键词矿山地震舍义矿山地震问题矿山地震研究方法
简单对矿山地震进行描述即为由于人类地下采矿活动引起的地面
震动现象，这是一类地震事件，不是天然的构造地震。但这一描述还
不足以准确解释矿山地震的含义。由于矿山地震问题是涉及多学科领
域的综合研究课题，学科、行业领域之间的交流不足，再加上不同矿
山有不同的开采条件、矿山空间结构和地质条件，因此对这一问题的
研究角度、方法甚至相关概念的解释都出现了百家争鸣的势态。目前
在矿山地震、矿震、采矿诱发地震、冲击地压、冲击矿压、岩爆、煤
岩突出等矿山动力灾害的研究上存在较混乱的情况，这些灾害在表现
形式上存在相同点但也有较大的差异，明确这些灾害现象之间的相同
与差异具有重要意义。
１ 矿山地震的含义解析
人类地下采矿活动是在浅层的地壳岩石圈层内开掘空间，构建用
于回采矿产资源的采矿系统，以实现对一定储量的矿产资源进行一定
程度上的长期、安全、有效开采。采矿是一项古老的人类活动，中国
采矿历史非常久远，中国古代最早的地质文献《山海经》就已经对全
采场端面冒顶机理与防治
采场端面冒顶机理与防治
摘 要：造成回采工作面停产的众多因素中，采场端面冒顶所花费的时数占到了一半以上。如何有效解决端面冒顶事故的发生，对于实现回采工作面的安全、高产、高效，具有很大的意义。本文分析了采场端面冒顶存在的多种因素，以及采取的预防手段和有效措施，来减少端面冒顶事故。
关键词：端面冒顶；支护；防治办法；原因；机理；预防；监测
1端面冒顶原因和机理
1.1端面冒顶的原因
(1)矿压显现分析
随着回采工作面的推进，基本顶会发生周期性的破断，基本顶的破断回转会使直接顶的压力增大，当超过直接顶岩体的强度极限时，就会发生破碎，直接影响直接顶完成程度。同时，由于开采的进行，在距离煤壁前方会形成超前支承压力，造成应力集中，支承压力沿着直接顶向前进一步延深，释放至煤壁，由此可能造成煤壁的偏帮。
(2)地质因素
通常煤、岩层硬度低，层理、裂隙发育，断层构造带、含水量大是造成顶板岩层破碎易冒的重要因素。当煤层硬度低、易碎、层理、裂隙越发育，岩层强度越低，顶板岩层也越易冒落。断层、褶曲等地质构造带更是造成顶板破碎的原因，进而导致冒顶的发生。
(3)端面距
实践证明，端面距的大小直接影响顶板的主要因素之一，端面距越大，顶板冒落的长度和高度都会随之增加，冒顶范围也越大。 (4)支架初撑力
初撑力在支架参数中具有重要地位，对顶板控制的重要性已得到普遍认同[2]。通过下图，我们来分析支架初撑力对顶板下沉量的影响。
图1-4液压支架工作阻力与顶板下沉量的关系
液压支架的增阻特性曲线如图1-4所示，纵坐标表示液压支架的工作阻力P，横坐标表示液压支架活柱伸缩量L， 表示具有较大初撑力 的支架增阻特性曲线，其达到额定工作阻力 允许顶板的下沉量为 ； 表示初撑力不足的支架增阻特性曲线，其对应额定工作阻力允许的顶板下沉量为 。
提高初撑力，就是减少了下缩量 。如果 < ，则表明支架达到额定工作阻力后煤壁仍然稳定。根据支架围岩关系，支架初撑力与额定工作阻力存在一个合理比例[5]。
矿山地震与瓦斯突出的相关性及其在震源物理研究中的意义
第29卷 第3期地 震 学 报Vol.29,No.3 2007年5月 (314～327)ACTASEISMOLOGICASINICAMay,2007
文章编号:025323782(2007)0320314214
矿山地震与瓦斯突出的相关性及其
在震源物理研究中的意义3
和雪松1) 李世愚1,3),+ 潘 科2) 张天中1) 王林瑛1)
许忠淮1) 蒋秀琴2) 宋绪友2) 陆其鹄1,3) 何淑韻1,3)
1)中国北京100081中国地震局地球物理研究所 2)中国沈阳110031辽宁省地震局 3)中国北京100080北京科联广拓应用地球物理研究所
摘要 介绍了矿山地震与瓦斯突出等煤矿灾害及成因,并通过若干煤矿瓦斯突出和矿山地震的同震现象,论述了这些灾害在动力过程中的内在关系.这些震例表明,在高瓦斯煤矿,矿山地震与瓦斯突出存在密切的相关.认为较大矿震伴随瓦斯的低值延时响应可能是瓦斯突出的预警信号.从矿震定位、震源机制、矿震成因、瓦斯突出条件等分析了矿震与瓦斯突出相关的机理.进一步介绍了瓦斯流体对矿震的触发作用,尤其超临界流体的特殊性质在矿震发生中的重要作用.依据矿震与构造地震在机制方面的相似性,讨论了上述结果在震源物理研究中的意义.
关键词 震源物理 矿山安全 矿山地震 瓦斯突出中图分类号:P315.72+8 文献标识码:A
引言
我国煤矿灾害事故主要表现为以下5种:瓦斯灾害、矿震(或冲击地压)、透水、地面
塌陷和煤体自燃.煤矿灾害从根本上讲,这5种灾害都属于开采与构造相互作用引起的地
质灾害,是矿山动力过程失去控制的表现.这些灾害的动力机制及其在动力过程中的内在
联系,是研究灾害机理的根本途径.对矿山灾害动力机制的研究,又是中尺度地震试验场
重要内容.本文着重讨论矿震与瓦斯突出及其相关性.
1 矿山地震
1.1 矿山地震的基本知识
矿山诱发地震简称矿震,在矿区常称为“煤爆”、“岩爆”或“冲击地压”.矿震是煤岩体
破裂过程辐射的弹性波.由于矿震震源浅,频度高,较小级别就能给地面造成较大的破坏.矿震的强度和频度随着开采深度和掘进的不断增加而日益严重.全球统计结果表明,开采
断层型矿震成因机理及预测方法研究
１６ 矿 业 工 程 Ｍｉｎｉｎｇ Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ 第５卷第３期 ２００７年６月
・矿山地质・
断层型矿震成因机理及预测方法研究
宋建潮 。 刘大勇 王恩德 刘雪刚。 （１．东北大学，辽宁沈阳１１０００４；２．抚顺市国土资源局，辽宁抚顺１１３１００； ３．武警黄金八支队，新疆乌鲁木齐８３００５７） 摘要：介绍了抚顺煤田矿震的主要特征，用弹性回弹理论对断层型矿震的成因机理进行了深入分析， 认为断层蠕动效应导致断层内部应力集中，最终使脆性和弹性岩体破裂、回弹、震动，形成了矿震。最后 提出３种有效的预测该类矿震的方法。 关键词：断层型矿震；弹性回弹理论；断层蠕动效应 中圈分类号：Ｘ ４５ 文献标识码：Ａ 文章编号：１６７１—８５５０（２００７）０３—００１６—０３
０引言 ’ 。。 随着国民经济的发展，人们对矿产能源的需求 日益增多，这就迫使人们为了追求更大的经济利 益，向地球深部探索。同时与之相伴生的各种地质 灾害也应运而生，矿震更是其中一种比较严重的地 质灾害，它不但造成施工进度的中断、巷道的破 坏，而且造成人员伤亡和财产损失。资料表明，矿 震的产生多与区域性复杂的地质构造有关，尤其是 与断层的存在有关。抚顺煤田的开采是这方面的典 型事例之一，断层如何引起矿震的产生一直受到有 关人士的关注，而弹性回弹理论揭开了这个谜团。 １ 特征 １．１ 时间特征 抚顺煤矿开采已有近百年的历史，从１９３３年 开始发生矿震活动。１９６９年抚顺地震工作站建立， 开始记录到矿震。２０世纪７０年代每年记录到零级 以上矿震３００～５００次，８０年代平均每年千余次， １９８９，－－，１９９４年开始加速，增至每年２ １６０余次， １９９５年以后第二次加速，跃升为每年平均４ ４００余 次，最大矿震为２００２年１月２６日发生的里氏３．７ 级矿震。近几年的矿震活动日趋活跃，２ＯＯ５年１ 月，－－－２００６年３月共发生矿震４ １２０次，其中１．０～ １．９级１ ４１３次；２．０～２．９级１７７次；３．０～３．９级 １３次。最大矿震为２００５年１月５日发生的里氏 ３．４级。抚顺矿震年发生频次见图１。
淄博矿震震源机制探讨
第３４卷 第３／４期 ２０１３年８月 地震地磁观测与研究 ＳＥＩＳＭＯＬ０ＧＩＣＡＬ ＡＮＤ ＧＥ０ＭＡＧＮＥＴＩＣ ０ＢＳＥＲＶＡＴ１０Ｎ ＡＮＤ ＲＥＳＥＡＲＣＨ Ｖｏ１．３４ Ｎｏ．３／４ Ａｕｇ． ２０１３
ｄｏｉ：１０．３９６９／Ｊ．ｉｓｓｎ．１００３—３２４６．２０１３．０３／０４．００７
淄博矿震震源机制探讨
山长仑 李 霞 范培乐 于 澄 李亚军
（中国济南２５００１４山东省地震局）
摘要依据由分布密集测震台网记录而得到的地震波场介质力学参数分布特征、所在矿区地质构 造与采煤概况，对淄博矿震发生成因及机制进行分析，发现矿震以张性破裂为主兼一定剪切破裂， 拉张引起的岩体应变量远大于挤压引起的应变量，并具有一定双侧对称性。在震源发生破裂的过 程中，震源周围变形的岩体应有一定回弹。
关键词矿震；介质力学参数；张性破裂；震源机制
０ 引言
２０１０年１１月至２０１１年６月，山东淄博某一采煤矿区发生一系列矿震，较大矿震在震中 周围几个乡镇震感明显并有地声，对社会产生较大影响。依据震中周围分布较为密集的测震 台记录初步分析，该系列矿震为非天然地震类型的单力偶或双力偶受力模式，非塌陷型矿震，
破裂方式以膨胀为主，接近于爆破源。山东莱芜矿区也发生过相似矿震，为了矿震灾害的预测 预防和治理，有必要对矿震发生机制进行基础性研究工作。
矿震或矿山地震是采矿诱发地震的简称，由地面、浅层（几百米）和深层（千米以下）的矿山开 采所引起的地震活动统称为采矿诱发地震（Ｇｉｂｗｉｃｚ Ｓ Ｊ，１９９０）。矿震作为地震学的一个类别，包 括煤矿开采中发生的煤体或岩体的冲击地压、隧道工程中发生的岩爆等。在与本文相近的矿震
震源机制研究方面，许多学者进行了较深入的研究。李铁等（２００７）提出拉、压不同模量梁板弯曲 模型的发震机制，并解释采空区顶、底板的上下限临界震源深度。闫永敢等（２０１０）提出冲击地压 发生的震源机制，并依此对冲击地压发生过程进行分析。潭以安（１９８９）提出岩爆形成机制的３
采空区上覆岩层垮落诱发矿震机理及预测方法
采空区上覆岩层垮落诱发矿震机理及预测方法
邹德蕴;段伟;刘志刚;刘义磊;吴业胜
【期刊名称】《煤炭科学技术》
【年(卷),期】2010(000)008
【摘 要】基于大面积采空区上覆岩层垮落灾害事故案例综合分析与研究,探讨了近年来出现的一种特殊矿山煤岩动力现象,即采空区顶板大面积垮落诱发矿震与气体动力冲击.通过分析论证了矿震发生前期的动力演变与时空尺度,应用能量转换与守恒理论,揭示出采空区矿震表征及动力冲击要素构成的时空关联尺度,提出将声发射监测技术作为矿震预报的基础与手段,并提出了运用线定位法对震源定位的基本原理.使用声发射监测系统对采空区顶板活动进行在线监测,为采空区矿震监测预报提供一种有效途径.
【总页数】5页(P35-38,43)
【作 者】邹德蕴;段伟;刘志刚;刘义磊;吴业胜
【作者单位】山东科技大学,矿山灾害预防控制教育部重点实验室,山东,青岛,266510;济宁市煤炭工业局,山东,济宁,272000;山东科技大学,矿山灾害预防控制教育部重点实验室,山东,青岛,266510;山东科技大学,矿山灾害预防控制教育部重点实验室,山东,青岛,266510;山东省科达矿山监测装备有限公司,山东,泰安,271019
【正文语种】中 文
【中图分类】TD324.2
【相关文献】 1.采空区上覆岩层垮落带和裂隙带发育高度分析 [J], 赵振华
2.相邻采空区关键层失稳诱发矿震机理研究 [J], 魏东;贺虎;秦原峰;范军;周澎
3.房柱式开采上覆岩层破坏与垮落机理 [J], 孟达;王家臣;王进学
4.采空区上覆岩层诱发矿震及预测技术研究 [J], 邹德蕴;段伟;刘志刚;吴业胜
5.采空区顶板见方垮落诱发工作面CO气体异常涌出分析及治理 [J], 王立峰;王金平
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鹤岗矿区矿震发生类型、原因及诱冲机制
煤 炭 科 技 2020年第3期82 COAL SCIENCE & TECHNOLOGY MAGAZINE No. 3 2020文章编号：1008-3731(2020)03-0082-04鶴岗矿区矿％发'类型、原因及诱.机制
(1.黑龙江龙煤鹤岗矿业有限责任公司，黑龙江鹤岗154100；2.中国矿业大学煤炭资源与安全开采国家重点实验室，江苏徐州221116) 摘 要：矿震主要发生在井下，具有突发性、连锁反应的特点，给井下安全生产带来很大危害，也 对地面设施构成破坏和威胁#冲击地压是矿震的一种形式，每一次冲击地压的发生都与岩体震动 有关$矿震诱发的冲击地压灾害是鹤岗矿区主要灾害之一，统计分析鹤岗矿区权属矿井发生的数 十起冲击地压及伴随的矿震，可分为煤体应力型矿震、煤柱失稳型矿震、构造诱发型矿震和厚硬 型矿震， 型矿震产生的 及其诱发冲击地压 $矿震形成的动载是冲击地压发生的重要力源，动载扰动对煤岩体的致、闭锁作 以及与煤岩体 的 载 作 诱发煤岩 统发生冲击破坏$关键词：矿震；冲击地压；机制中图分类号:P631 文献标志码：\Types and causes of tremors and related rockburst mechanism in Hegang Mining AreaLIAN Hong-quan, WANG Gui-feng, LI Geng, WEI Jin-lu(1. Heilongjiang Longmei Hegang Mining Limited Liability Company, Hegang,Helongjiang,154100;2. State Key Laboratory of Coal Resources and Safe Mining,China University of Mining & Technology, Xuzhou, Jiangsu,221116)Abstract: Mine earthquake mainly occurs in the underground, with the characteristics of sudden and chain reaction, which brings great harm to the underground safety production, and also constitutes damage and threat to the surface facilities. Rockburst is a form of mine shock. Every occurrence of rockburst is related to rock mass vibration. The rockburst disaster induced by the mine shock is one of the main disasters in Hegang Mining Area. The statistical analysis of dozens of rockburst and the accompanying mine shock occurred in the mine owned by Hegang Mining area can be divided into coal body stress type mine shock, coal pillar instability type mine shock, structure induced mine shock and thick and hard roof fracture type mine shock. The causes and induced rockburst mechanism of different types of mine shock are different. The dynamic load formed by the mine earthquake is an important force source for the occurrence of the rockburst. The dynamic load disturbance causes the coal rock mass to crack and lock up, and the static load together with the coal rock mass itself induces the coal rock system to impact damage.Key words: mine tremor; rockburst;mechanismCLC number:P631 Document identification code:B基金项目：国家重点研发计划项目(2016YFC0801403,2016YFC0801407)；国家自然科学基金项目(51504248)；江苏省自然科学 基金项目(BK20140194)；江苏省重点研发计划项目(BE2015040)；江苏高校优势学科建设工程资助项目(SZBF2011-6-B35
矿震识别及成因研究进展
第３期（总第４２３期） ２０１４年３月 国际地震动态 Ｒｅｃｅｎｔ Ｄｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔｓ ｉｎ Ｗｏｒｌｄ Ｓｅｉｓｍｏｌｏｇｙ Ｎｏ．３（Ｓｅｒｉａｌ Ｎｏ．４２３） Ｍａｒｃｈ。２０ｌ４
矿震识别及成因研究进展＊
张华姚宏 陈 鑫黄树生牟剑英
（广西壮族自治区地震局，南宁５３００２２）
摘 要 矿震主要受开采活动、矿山所处构造环境及区域构造应力场的影响。本文首
先回顾了矿震的识别研究进展，然后从矿震震源机制、矿震与构造关系、矿震与瓦斯溢
出、矿震与开采进程关系、矿震成因力学机制理论与实验研究等角度对矿震的成因研究
进行了阐述，最后给出矿震识别及成因研究的进一步建议。矿震成因研究深化了对天然 地震的认识。在研究矿震发生机理时，必须针对具体条件进行深入讨论与分析，应更多
采用有关数学和力学手段，结合具体的生产地质条件和科学实验研究，有针对性地开展 研究工作。可利用层析成像技术详细了解矿震演变过程，深化对地壳介质在应力作用下
发生破裂或位错过程的认识，进而对矿震发震成因进行深入研究。 关键词 矿震；识别；成因；研究进展 中图分类号：ＴＤ３： 文献标识码：
引言
矿产资源是人类赖以生存、社会赖以发
展的物质基础，在国民经济建设与社会发展
中具有不可替代的作用，但在其开采过程中
伴随的矿山灾害、工程及环境损伤却对自然
与社会造成极大危害。近年来我国煤矿事故
的高发形势令人担忧。如瓦斯爆炸、矿震（或
冲击地压）、透水、地面塌陷、煤体自燃等，
这些地质灾害严重威胁着矿山人员生命安
全，影响到社会稳定、环境生态、经济可持
续发展，已成为关系国家战略安全的问题之
Ｏ 矿震是指发生在矿区范围内，在一定地
收稿日期：２０１ ３ １ｏ一２３；修回日期：２０１４－Ｏｌ一２４。 基金项目：地震科技星火计划项目（ＸＨ１２０３６Ｙ）、广西 科学研究与技术开发计划课题（桂科攻 １１４０００４ ３）联合资助。 质背景和地质构造条件下，既与区域应力场
综放开采矿震的成因及防治对策
第25卷 增1 岩石力学与工程学报 Vol.25 Supp.1 2006年2月 Chinese Journal of Rock Mechanics and Engineering Feb.，2006
收稿日期：2005–11–25；修回日期：2006–01–07 基金项目：教育部骨干教师资助计划项目 作者简介：蒋金泉(1961–)，男，1982年毕业于山东矿业学院采矿工程系采矿工程专业，现任教授、博士生导师，从事矿山压力与岩层控制方面的教学与研究工作。E-mail：jjq6123@
综放开采矿震的成因及防治对策
蒋金泉，张开智
(山东科技大学 矿山灾害预防控制重点实验室，山东 泰安 271019)
摘要：通过综放开采的矿震灾害实例分析，研究综放开采矿震危害的成因与机制，初步提出相应的防治对策。综放工作面开采厚度大，高位厚硬岩层会成为主关键层，其运动幅度大、冲击能量高，发生矿震的可能性与危害性加大。综放开采的矿震是由上位主关键层与大结构、台阶形采空区边界覆岩的非充分沉降、区段煤柱、断层活化、煤柱应力集中与长时强度降低等因素形成的。主关键层大面积破断运动导致大结构失稳、释放重力势能，重力势能和冲击气浪的能量叠加转化为冲击动能，对采空区围岩做功发生矿震。应在合理开采部署的基础上，开展合理泄风、构筑嵌入式高强缓冲密闭或巷道“┬”形密闭、主关键层下位离层注浆减沉、采空区“O”形空间注浆充填等防治技术的试验研究。 关键词：采矿工程；综采放顶煤；矿震；成因；机制；主关键层；离层注浆；“O”型空间注浆 中图分类号：TD 32 文献标识码：A 文章编号：1000–6915(2006)增1–3276–07
CAUSE AND CONTROL METHOD OF MINE EARTHQUAKE IN FULLY
MECHANIZED TOP COAL CAVING MINING
JIANG Jinquan，ZHANG Kaizhi
矿震应力波诱发巷道冲击地压机制研究
矿震应力波诱发巷道冲击地压机制研究
矿震是由于煤矿地质构造活动和岩层应力状态变化引起的地震现象。矿震的发生会引起巷道冲击地压，给矿井生产带来巨大的危害，因此研究矿震应力波诱发巷道冲击地压机制对于煤矿安全生产具有重要意义。
矿震应力波传播到巷道围岩时，其应力波动会引起巷道围岩中的应力状态变化。巷道围岩受到应力波的冲击后会发生应力释放和重新分配，原先的平衡状态被破坏，围岩中的应力会重新分布。这种应力分布的改变会使得围岩中的应力集中，形成巨大的地压。
此外，矿震应力波的传播也会引起巷道围岩的变形。应力波的传播过程中，围岩中的颗粒会发生位移和变形，使得巷道围岩的体积发生变化。围岩中的变形会导致围岩强度的下降，使得巷道围岩的稳定性受到破坏。当应力波通过时，围岩会产生回弹和位移，从而形成冲击地压。
矿震应力波诱发巷道冲击地压的机制主要包括应力分布和围岩变形两个方面。应力分布的改变会使得围岩中的应力集中，形成地压。围岩变形则是由于围岩的体积发生变化和岩层变形，使得巷道围岩失去稳定性，产生冲击地压。
为了研究矿震应力波诱发巷道冲击地压的机制，可以采用数值模拟、模型试验等方法进行研究。通过建立巷道围岩的数值模型，可以模拟矿震应力波传播过程中的应力分布和围岩变形情况，从而分析应力集中和地压产生的机制。模型试验则可以通过模拟实际巷道围岩的物理特性和应力状态，验证数值模拟的结果，为实际生产提供可信的依据。
总之，矿震应力波诱发巷道冲击地压的机制是一个复杂的过程，涉及应力分布和围岩变形两个方面。通过深入研究这一机制，可以提出相应的防治措施，减少矿震对巷道的危害，为煤矿的安全生产提供科学依据。因此，我们需要进一步加大对于矿震应力波诱发巷道冲击地压机制的研究工作。