2020年12月15日,陜西榆林市榆陽區發生2.6級礦震,金雞灘煤礦停產;2020年12月23日,山東濟寧曲阜市發生2.4級礦震,星村煤礦停止生產……多地礦震頻發,礦震問題備受關注。
雖然近期礦震均未造成大的人員財產損失,但回想起由礦震引起的河南義馬千秋煤礦“11·3”重大沖擊地壓事故等經歷,依然讓人心有余悸。礦震到底有哪些危害?與沖擊地壓有何關系?近年來如何防控?治理技術方面又取得了哪些進展?
“隨著開采深度及采空區面積的增加,礦震影響范圍和程度逐年擴大”
“煤礦礦震震級一般不超過4級,持續時間較短,雖然會有震感,但到目前為止,尚無由煤礦礦震造成地面建筑破壞和人員傷亡的記錄。”中國礦業大學沖擊地壓防治工程研究中心主任竇林名教授指出,“礦震本身并不是災害,是煤礦采掘活動中煤巖體內自發產生的動力和普遍現象,即使非沖擊地壓礦井,同樣可以觀測到不少小能量礦震現象。隨著煤礦開采深度及采空區面積的增加,尤其對一些開采年限較長的老礦井而言,采空區發生的礦震影響和程度逐年擴大。”
竇林名將礦震分為三種類型。一種是采動破裂型礦震,主要是由采煤、掘進、割煤等活動來壓產生,能量一般小于104焦耳,屬于自然現象,是礦山壓力顯現的特殊形式,不會誘發沖擊地壓災害。一種是巨厚覆巖型礦震,主要發生在采空區且距煤層較遠(一般在80米以上)的地方,產生的能量較高,在105焦耳以上;盡管地震臺網可以監測到,但能量傳播到工作面、巷道已大幅衰減,一般不會破壞井下設施,但也有可能誘發沖擊地壓。
另一種是高能震動型礦震,主要發生在離工作面、巷道比較近的區域,能量一般在104焦耳以上。如果工作面遇到斷層活化,將釋放非常高的能量,很容易誘發沖擊地壓。
同時,竇林名告訴記者,并不是所有的高能震動都會引發沖擊地壓,一般能量越大,其致災可能性也越大。能量大于106焦耳的礦震,造成破壞的概率為十分之一,能量降到105焦耳時,這個概率降到了萬分之一。
“采取源頭治理、通過局部卸壓等方式,消除礦震產生的沖擊地壓災害”
近日山東濟寧曲阜市發生的2.4級礦震,周邊居民普遍反應震感明顯。竇林名指出,根據統計數據規律,每年6、7月以及11、12月,礦震相對比較集中,開采狀態一樣的情況下頻發礦震,可能與地殼運動引起的地應力場變化有關,但這方面研究目前還相對缺失。
據介紹,誘發沖擊地壓的礦震主要危害表現在兩方面,不僅會造成井下巷道變形破壞、工作面及巷道設備損壞、造成人員傷亡等,同時還會引起地面地表下沉、地表建筑物損壞、造成民眾恐慌等社會公共安全問題。
“如果礦震破壞井下生產系統,直接影響煤炭的安全高效生產,也會引起礦井附近居民恐慌,間接給煤礦正常生產帶來輿論壓力。”竇林名進一步指出,目前解決礦震問題主要是針對危險性礦震,難點主要在于如何解決高能震動型礦震危害。
礦震帶來的危害是否可控?竇林名介紹,一方面,要從源頭防范,在礦井設計階段就科學合理地進行開拓布局、巷道布置、制定參數,并選擇相應的防控技術,避免形成應力集中區域;另一方面,可通過頂板卸壓等方式進行局部卸壓,消除大部分礦震產生的沖擊地壓災害,只有礦震沒有沖擊。
竇林名也直言,大約10%的礦震,屬于危險可預測但以當前技術手段無法控制與消除,這類礦井應嚴禁開采。“在無法保障礦井安全的前提下,開采風險較大的落后產能必須去除。”
“通過提前監測預警、防治等措施,大部分沖擊地壓可避免”
多位業內人士對記者表示,十幾年來,我國沖擊地壓在機理研究、監測預警以及治理防控等方面發展迅速,也取得了一定突破,大大減少了沖擊地壓事故的發生。竇林名指出:“針對沖擊地壓礦井,必須進行提前預警和防治。通過監測預警、防治等措施,大部分沖擊地壓可以避免。”
據悉,為確保安全生產,中國地震局辦公室和原國家煤礦安監局辦公室聯合建立了沖擊地壓礦井地震信息共享機制,實行危險性礦震發生時有震必報、聯合共享分析的礦震發生機制。
“對礦震防控的關鍵在于準確掌握誘發高能量礦震的關鍵巖層層位,科學客觀判識礦震的致災風險。”中國礦業大學礦業學院教授曹安業介紹,對于近場礦震,通常可采取井下爆破預裂、水力壓裂等技術進行防控;對于遠程礦震,目前嘗試采用地面壓裂技術進行高位礦震防控的工業性試驗。為降低礦震對井下巷道的沖擊擾動,在實施防控技術的同時,還應不斷提高巷道支護體系的抗沖擊能力。他同時強調,合理控制采掘工作面推進速度、適當降低開采強度,是控制強礦震發生頻次與能量大小的根本措施之一。
記者進一步了解到,目前我國除了普遍采用的頂板預裂爆破、煤層鉆孔與爆破卸壓、底板鉆孔與爆破卸壓等技術之外,堅硬煤巖體的強度弱化水力化防治技術也取得了較大進展。
此外,竇林名還對記者表示:“沖擊地壓防控過程中,存在人才隊伍不足、大家對沖擊地壓認識不夠等困難。此外,作為動力災害,受監測手段的限制,礦震的孕育過程與機制、震源參數等信息的準確獲取還有待深入研究和探索。”