山東省礦震監(jiān)測工作現(xiàn)狀分析探討

董敏 張輝 馬娟 劉昭 熊瑋 遲國民 程樹岐

摘 要：本文對山東省礦震災(zāi)害發(fā)生機(jī)理分析及礦震監(jiān)測工作現(xiàn)狀進(jìn)行了調(diào)查，目前山東省礦區(qū)內(nèi)礦震頻發(fā)、危害大，且監(jiān)測技術(shù)水平較低、優(yōu)良裝備較少、綜合監(jiān)測工作不到位，未形成全省范圍內(nèi)的完善綜合監(jiān)測系統(tǒng)，并針對這些問題提出了應(yīng)對措施。

關(guān)鍵詞：礦震；監(jiān)測技術(shù)；應(yīng)對措施

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2017.01.247

0 前言

山東省作為全國重要的煤炭、黃金等資源生產(chǎn)基地，礦震的發(fā)生嚴(yán)重威脅著礦區(qū)內(nèi)人民群眾的生命財產(chǎn)安全、不利于社會經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展、不利于社會的穩(wěn)定，而且山東省的礦震災(zāi)害發(fā)生頻次大、風(fēng)險大、影響范圍廣，這更加劇了礦產(chǎn)資源開采的難度。了解礦震災(zāi)害發(fā)生的機(jī)理，加強(qiáng)礦震預(yù)防監(jiān)測技術(shù)的研發(fā)，才能有效防范礦震災(zāi)害，提高礦震應(yīng)急處置能力。對于企業(yè)安全生產(chǎn)、礦產(chǎn)資源的可持續(xù)開發(fā)利用和維護(hù)社會穩(wěn)定具有重要意義。

1 山東礦區(qū)礦震災(zāi)害發(fā)生機(jī)理分析和監(jiān)測系統(tǒng)現(xiàn)狀調(diào)查

1.1 礦震災(zāi)害發(fā)生機(jī)理分析

引起礦山開采誘發(fā)地震的主要原因為：開采直接引起崩塌、冒落、瓦斯突出；開采缷載間接誘發(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；主關(guān)鍵層的突然破斷導(dǎo)致覆巖大結(jié)構(gòu)瞬時失穩(wěn)。

（1）開采直接引起煤與瓦斯突出或瓦斯爆炸。在礦井生產(chǎn)過程中，當(dāng)瓦斯含量高于維穩(wěn)的臨界值范圍時，則礦井易發(fā)生以煤與瓦斯突出為主的動力災(zāi)害，引發(fā)礦震。山東境內(nèi)高瓦斯礦井較少，但仍然存在。如山東三河口煤礦為煤與瓦斯突出礦井，需要根據(jù)煤與瓦斯突出的發(fā)生條件做出監(jiān)測及預(yù)防。

（2）應(yīng)力集中導(dǎo)致煤巖體發(fā)生瞬間能量的釋放引發(fā)礦震。當(dāng)開采程序不合理時，隨著煤層推進(jìn)，施加在煤巖體上的應(yīng)力持續(xù)增大。則煤巖體所攝入的能量急劇增大，能量平衡系統(tǒng)被破壞，也使得其自組織平衡被打破，誘發(fā)能量的突然釋放[1]，這是山東省部分礦區(qū)的礦震誘發(fā)機(jī)理。

（3）主關(guān)鍵層的突然破斷導(dǎo)致覆巖大結(jié)構(gòu)瞬時失穩(wěn)。頂板巖層破裂高度隨著工作面回采范圍的增加逐漸向高位發(fā)展，重復(fù)開采后采高增加導(dǎo)致冒落高度增加，達(dá)到了巨厚堅硬巖層懸頂破斷極限，最終誘發(fā)高位巖層結(jié)構(gòu)再次失穩(wěn)，從而誘發(fā)動力現(xiàn)象[2]；同時，采高增加導(dǎo)致巖層移動線外擴(kuò)，高位巨厚堅硬巖層懸露范圍擴(kuò)大，直至失穩(wěn)而誘發(fā)礦震。此為山東省大部分礦區(qū)發(fā)生礦震災(zāi)害的主要機(jī)理，如山東兗州礦區(qū)部分礦井地層中存在礫巖等堅硬巖層，在開采中存在發(fā)生礦震的危險性。

1.2 礦震監(jiān)測系統(tǒng)現(xiàn)狀

目前各大礦區(qū)已逐漸形成了以主要監(jiān)測對象為中心的礦震監(jiān)測網(wǎng)絡(luò)平臺，但也有部分礦區(qū)的監(jiān)測臺網(wǎng)密度不夠，缺乏礦產(chǎn)企業(yè)間的交流，不能形成礦區(qū)一體化監(jiān)測系統(tǒng)。以調(diào)查結(jié)果中的山東兗州礦區(qū)為例，了解目前礦震監(jiān)測臺網(wǎng)在礦區(qū)的建設(shè)及運作情況。

2005年，兗州礦區(qū)數(shù)字遙測礦震加測臺網(wǎng)開始正式實施單臺運行，隨后變更為臺網(wǎng)全部臺站運行、監(jiān)測，形成了以鮑店煤礦為臺網(wǎng)中心，東灘礦、興隆礦、南屯礦、濟(jì)二礦、濟(jì)三礦等8個觀測臺站組成的兗州礦區(qū)數(shù)字遙測礦震監(jiān)測臺網(wǎng)系統(tǒng)。而兗州礦區(qū)針對礦震發(fā)生的密集區(qū)，還實施追加多套地面流動臺網(wǎng)從而加密觀測，增加在災(zāi)害重點區(qū)域的礦震監(jiān)測能力。因此目前的整個礦震監(jiān)測臺網(wǎng)系統(tǒng)各觀測站運作方式大體如下：

礦震發(fā)生地震計接收地震數(shù)據(jù)采集器將模擬地震信號轉(zhuǎn)為數(shù)字信號與GIS信號進(jìn)行編碼傳輸超短波數(shù)字傳輸電臺發(fā)送臺網(wǎng)中心接收信號。

對于當(dāng)前所實施的礦震監(jiān)測系統(tǒng)，礦區(qū)臺網(wǎng)中心監(jiān)測人員會及時總結(jié)礦震發(fā)生情況，確定礦震信息，包括發(fā)震時刻、震中坐標(biāo)、震級，并將所得信息及時匯報上級主管部門，及時做出應(yīng)對方案，盡可能降低礦震危害程度。但由于礦震臺網(wǎng)屬于稀疏監(jiān)測，加上礦區(qū)機(jī)電干擾嚴(yán)重，介質(zhì)結(jié)構(gòu)強(qiáng)烈不均勻和波速強(qiáng)烈各向異性的條件，多數(shù)礦震不能監(jiān)測記錄清楚；且礦震監(jiān)測系統(tǒng)中的地震計的靈敏度、反應(yīng)定位設(shè)備的精度仍然需要進(jìn)一步提高。

2 山東省礦震監(jiān)測工作對策

對于礦震災(zāi)害的預(yù)防，我省針對部分礦區(qū)的礦震監(jiān)測密度不到位，如測震臺網(wǎng)密度、流動地震監(jiān)測設(shè)備的配備、地震現(xiàn)場流動組網(wǎng)能力、礦山企業(yè)專用地震監(jiān)測臺網(wǎng)運行密度等，專業(yè)監(jiān)測人員技術(shù)水平及震速報制度、流程及水平需要進(jìn)一步加強(qiáng)。

（1）對于存在礦山地震危險性的各礦井企業(yè)，應(yīng)當(dāng)合理進(jìn)行開采部署，減少覆巖的懸空面積與采空區(qū)周圍的能量積聚；應(yīng)督促其當(dāng)建立健全監(jiān)測預(yù)警系統(tǒng)。針對礦震發(fā)生機(jī)理，制定編制特定的監(jiān)測預(yù)警方案，做好預(yù)防措施；能夠準(zhǔn)確確定礦震發(fā)生的時間、地點、震級，結(jié)合煤礦實際情況，完善礦區(qū)千米尺度破壞性礦震監(jiān)測定位系統(tǒng)。

（2）地震局及其相關(guān)機(jī)構(gòu)應(yīng)當(dāng)加強(qiáng)針對礦震頻發(fā)礦區(qū)的礦井企業(yè)的監(jiān)管，積極為企業(yè)培訓(xùn)預(yù)防礦震災(zāi)害的基本能力；加強(qiáng)對企業(yè)員工、企業(yè)領(lǐng)導(dǎo)的自我素質(zhì)的提高；讓礦區(qū)內(nèi)人員了解礦震預(yù)防知識，減少礦震而導(dǎo)致的人身財產(chǎn)傷害。

（3）各科研機(jī)構(gòu)及高校，應(yīng)積極研究新技術(shù)、開發(fā)新設(shè)備、培養(yǎng)新人才。針對礦震誘發(fā)機(jī)理，研究防治礦震的新技術(shù)，努力爭取從根本上杜絕礦井地震的發(fā)生；而與此同時應(yīng)當(dāng)積極研發(fā)監(jiān)測設(shè)備，不僅僅是預(yù)測預(yù)警設(shè)備，還有礦震強(qiáng)度、地點等全方位預(yù)測設(shè)備，并為企業(yè)和相關(guān)部門培養(yǎng)相關(guān)人才。

3 結(jié)論

針對目前的礦震監(jiān)測不足，山東省各礦區(qū)應(yīng)積極推廣應(yīng)用遠(yuǎn)程在線預(yù)警綜合系統(tǒng)，利用遠(yuǎn)程設(shè)備配備專家進(jìn)行礦震的實時分析研究，提高監(jiān)測水平，且將各個礦區(qū)的礦震監(jiān)測信息匯入全省地震監(jiān)測系統(tǒng)，統(tǒng)一進(jìn)行管理；各級主管部門及相關(guān)科研機(jī)構(gòu)和高校應(yīng)積極發(fā)揮自主作用，積極研發(fā)新技術(shù)、新設(shè)備；礦區(qū)內(nèi)地震災(zāi)害的發(fā)生需要各部門之間的通力合作，建立健全安全管理措施及政策，做好礦震的監(jiān)測及預(yù)防。

參考文獻(xiàn)：

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基金項目：山東省地震局合同制科研項目資助（項目編號：16Y30）。

作者簡介：董敏（1987-），女，助理工程師，主要從事地震監(jiān)測工作。