采礦誘發(fā)地震的核心原因
采礦活動(dòng)通過(guò)改變地下應(yīng)力分布和巖體結(jié)構(gòu),成為誘發(fā)地震的主要人為因素,其機(jī)理可歸納為以下四類:
應(yīng)力集中與突然釋放
形成機(jī)制
:采礦形成大面積空洞,導(dǎo)致原有地應(yīng)力平衡被打破。局部構(gòu)造應(yīng)力、采挖附加應(yīng)力與大地應(yīng)力場(chǎng)變化疊加,在采空區(qū)邊緣或斷層附近形成高應(yīng)力集中區(qū)。當(dāng)應(yīng)力超過(guò)巖體強(qiáng)度時(shí),能量以地震波形式突然釋放。 典型案例
:西伯利亞庫(kù)茲巴斯露天煤礦因長(zhǎng)期開采引發(fā)6.1級(jí)地震,震源深度僅320米,表明淺層應(yīng)力擾動(dòng)可觸發(fā)強(qiáng)震。 斷層活化與巖體破裂
直接觸發(fā)
:采礦擾動(dòng)可能使斷層復(fù)活或觸發(fā)巖體破裂。例如,1989年德國(guó)沃克斯豪森鉀礦開采引發(fā)5.6級(jí)地震,1994年南非總統(tǒng)牌礦也發(fā)生5.6級(jí)地震,均與斷層活化有關(guān)。 巖爆現(xiàn)象
:煤巖體在極限平衡狀態(tài)下突然釋放能量,稱為“巖爆”或“沖擊地壓”,常伴隨強(qiáng)烈震動(dòng)和瓦斯突出。 采空區(qū)塌陷與頂板失穩(wěn)
塌陷型地震
:采空區(qū)煤柱受壓失穩(wěn)或頂板大規(guī)模陷落會(huì)引發(fā)地震。這類地震震源極淺(數(shù)百米至3千米),能量直接作用于地表,可能導(dǎo)致地面裂縫和建筑損壞。 其他誘因
溶浸采礦
:通過(guò)注入液體改變巖體應(yīng)力狀態(tài),可能誘發(fā)地震。例如,伊拉克Mishraq地區(qū)硫磺開采因注入熱水導(dǎo)致淺層巖體沉降并引發(fā)地震。 地下核試驗(yàn)或爆破
:大當(dāng)量爆炸可能觸發(fā)地震活動(dòng),但爭(zhēng)議較大。
采礦誘發(fā)地震的規(guī)避方法
針對(duì)上述成因,需從開采設(shè)計(jì)、監(jiān)測(cè)預(yù)警、工程加固和應(yīng)急管理等多維度綜合施策:
優(yōu)化開采方案
區(qū)域部署
:避免在構(gòu)造脆弱區(qū)集中作業(yè),合理規(guī)劃采礦區(qū)域。 控制推進(jìn)速度
:減小回采工作面懸跨步距和面積,降低上覆巖層應(yīng)力集中風(fēng)險(xiǎn)。 頂板管理
:對(duì)堅(jiān)硬頂板進(jìn)行強(qiáng)制放頂或預(yù)裂,提前釋放潛在能量。 應(yīng)力監(jiān)測(cè)與卸壓技術(shù)
實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)
:建立三維地震觀測(cè)網(wǎng)和微震定位系統(tǒng),結(jié)合神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)預(yù)測(cè)模型,對(duì)礦震趨勢(shì)進(jìn)行研判。 超前卸壓
:采用煤體超前卸壓技術(shù),在應(yīng)力集中區(qū)提前釋放能量。 工程加固與支護(hù)
支護(hù)標(biāo)準(zhǔn)
:嚴(yán)格按照要求選用和布置礦用支護(hù)部件,確保巷道穩(wěn)定性。 加固重點(diǎn)區(qū)域
:對(duì)圍巖堅(jiān)固的大巷進(jìn)行加固,避開架棚巷道和單體支護(hù)巷道。 密閉構(gòu)筑
:構(gòu)筑強(qiáng)力堵風(fēng)密閉,防止有害氣體泄漏。 應(yīng)急預(yù)案與人員培訓(xùn)
預(yù)案制定
:明確疏散路線、避震地點(diǎn)和救援流程,定期開展礦震應(yīng)急演練。 風(fēng)險(xiǎn)宣傳
:加強(qiáng)礦區(qū)群眾宣傳,提升地震風(fēng)險(xiǎn)防范意識(shí)。 自救互救
:培訓(xùn)人員掌握震后自救技能,如保持呼吸暢通、避開倒塌物、用磚石支撐殘?jiān)取?/section> 次生災(zāi)害防控
防余震措施
:保持疏散路線和避震地點(diǎn)暢通,對(duì)受傷人員進(jìn)行簡(jiǎn)單包扎和固定。 救援原則
:優(yōu)先救助近處被困者,針對(duì)窒息、出血、骨折等情況予以適當(dāng)處置。
結(jié)論
采礦誘發(fā)地震的本質(zhì)是人類活動(dòng)對(duì)地應(yīng)力平衡的破壞。通過(guò)科學(xué)規(guī)劃開采方案、強(qiáng)化監(jiān)測(cè)預(yù)警、加強(qiáng)工程加固和完善應(yīng)急管理,可有效降低礦震風(fēng)險(xiǎn)。例如,遼寧省撫順市老虎臺(tái)煤礦通過(guò)卸荷重力應(yīng)力場(chǎng)研究,提出了煤柱失穩(wěn)和頂板下沉的防控路徑。未來(lái),需持續(xù)結(jié)合基礎(chǔ)研究和工程實(shí)踐,構(gòu)建更完善的礦震防治體系。




