作者簡介：李世愚，中國地震局地球物理研究所研究員，中國科學院大學兼職教授，中國地球物理學會會員。長期從事地震斷裂力學、礦山地震和巖石力學實驗研究。

礦山地震是指礦山煤巖體破裂時輻射地震波的現象，在煤炭系統中，它被稱之為“沖擊地壓”，在隧道工程和金屬礦稱之為“巖爆”。 從能量和動力學的角度看，礦山地震是指井下高應力區域煤巖體受外界微小擾動被瞬間失穩破壞，煤、巖體內積存的能量瞬間猛烈釋放出來，破壞周圍介質、引起強烈震動的特殊礦山壓力的動力顯現。它不同于一般的礦山動力現象，沒有明顯的宏觀前兆，來得突然、猛烈，具有不可抗拒的性質，且有極大的破壞性。礦山地震還會和其它礦山災害相關聯, 包括瓦斯突出、煤粉塵爆炸、井下風暴、透水及煤體自燃造成的火災等。礦山地震是造成礦井死亡事故的主要災害，且破壞力隨礦井的開采深度和開采強度的增加變得越來越嚴重。據統計，上世紀末我國可能發生礦山地震危險的煤礦已達到100個。

據Gibowicz(1994)記載，人們所觀測到的最大的礦震，發生在德國南部Werra河岸的Potash礦區，震級為ML=5.6和Mb=5.5。1975年6月23日，在同一地區又發生了ML=5.2和Mb=5.4的礦震。南非最大的礦震發生在1977年4月7日Klerksdorp的金礦區，震級是ML=5.2和Mb=5.5。另一個較大的礦震發生在波蘭Lubin銅礦區，最大震級是ML=4.5，發生時間是1977年3月24日。我國記載的最大礦震是上世紀70年代遼寧省北票煤礦發生的MS4.3礦震和1994年5月19日下午4點30分發生的北京門頭溝煤礦MS4.3礦震。

由于礦震發生時較為突然、猛烈，產生的破壞較為嚴重，使災害現場的人員往往來不及采取防范措施。因此，如果礦震發生在工作面及巷道，就會造成嚴重的破壞。如果由于礦震的發生產生高強度(例如大于里氏震級3.3級)的沖擊地壓則會毀滅工作面或巷道。發生沖擊地壓的工作面或巷道內如果有人，還會造成人員的傷亡。

“礦山地震”這一名稱來自地球物理學，而“沖擊地壓”這一名稱則在采礦行業通用。在采礦專業術語中，“沖擊地壓”與“礦山地震”有區別。采礦專業所說的“沖擊地壓”是指發生在回采面附近的突發性應變能釋放現象，而將礦震定義為大面積采空區發生的與構造有關的事件。礦山地震則為發生在礦區范圍內，在一定地質背景和地質構造條件下，既與區域應力場有某種關系，又與礦區構造運動相關聯的各種礦山動力現象，并受礦山開采規模和開采方式影響而發生的地震(吳淑才等，1994)。在地球物理學科中，礦山地震是總稱，而沖擊地壓、煤與瓦斯突出、巖爆、煤爆，都是礦震震源的不同表現。礦震、沖擊地壓在詞義解釋上歷來存在分歧。不同行業對此存在不同解釋。國際上也有不同的解釋版本(布霍依諾, 1985; Gibowicz, 1994; Horner等,1978)。布霍依諾(1985)指出，其實礦震與沖擊地壓的劃分本身就有很大的人為因素和任意性。礦震和沖擊地壓主要是發生地點不同，動力機制沒有本質區別。近期的研究證實，二者是在不同的傳感系統從各自感官對觀測到的現象所下的定義。礦震是依據地震臺網的振動波形記錄而言，而沖擊地壓則是依據井下支護系統和煤巖體所受到的壓力和物質運動而言。更精細的調查表明，由于礦山地震記錄系統的靈敏度有限，使得宏觀記錄所認定的“沖擊地壓”和“礦山地震”在發生時間、震源位置上可能相同，也可能差異很大。例如，有些沖擊地壓事件因物質運移猛烈，井下災害嚴重，在場人員感受強烈，但因參與運移的物質與周圍介質耦合不強，傳播到地震臺的地震波輻射能級并不高，地震臺網的波形記錄并不那么強烈。

礦震往往被誤認為就是頂板坍塌。其實，頂板坍塌僅是礦山地震的少數一種類型（現象？類型？），它屬于重力作用的類型，在這種類型的礦震發生時，井下現場可以直接觀察到頂板坍塌以及導致的空氣被壓縮產生的“風暴”，強度極大時甚至可以摧毀水泥封堵墻。其余大部分類型的礦震是人為開采引起的新的應力集中和誘發的淺部構造運動，其中斷層的剪切破裂占據很大成分。 Gibowitz和Kijko(1993)將礦山地震分為兩大類型，第一種和開采面的破裂變形相聯系，第二種和大的地質間斷面(斷層)的運動相聯系, 都與礦山開采有關。根據以往的資料，第一種往往靠近開采工作面，震級較小，但對工作面沖擊較大。第二種距離工作面較遠，震級較大，地面震感嚴重，但工作面感覺反而不太強烈。 Horner和Hasegawa(1978)進一步將這兩種礦震再細劃為六種類型：(1) 采空區頂板冒落，也就是頂板坍塌； (2) 礦柱或巷道邊墻被頂板向下擠壓沖擊造成縱向劈裂, 劈裂后的物質水平向打出，也叫做“片幫”；(3) 采空區頂板巖層向水平向兩邊張開斷裂；(4) 采場邊緣頂板產生類似滑坡的那種剪切破壞，叫做正斷層；(5) 巷道底板向上隆起產生逆斷層的現象，也叫做“底鼓”；(6) 頂板接近水平的淺逆沖斷層，即斷層上盤向斜上方運動，下盤向斜下方俯沖。 這六種類型的劃分已被國際上廣泛采用。

判斷一次具體的事件是否屬于礦震，首先看它的震源深度。一般來說，礦震的震源深度和開采深度相近，不超過2公里，而天然的構造地震的震源深度多在十公里以下。其次，要看其波形記錄，礦震的波形頻率較低(圖1)，而天然地震的頻率較高(圖2)。至于礦震的類型，不能因為是礦震就馬上判定為坍塌。事實上大多數礦震并不是坍塌，而是與斷層的錯動有關，其類別和屬性只有經過對多臺地震波形記錄的仔細分析，得到地震的震源機制解，結合現場宏觀考察，才能做出確切的鑒定。

 

圖1 北京門頭溝礦震波形記錄圖， 2001年11月15日, 05h56m ML2.4，北京牛口峪地震臺記錄

 

圖2 北京門頭溝天然地震波形記錄圖, 2001年12月23日, 19h43m ML2.0，北京牛口峪地震臺記錄

 

目前, 部分發達國家就這個問題已經形成了綜合礦山地質災害的概念，即礦震、瓦斯、透水、塌陷等為統一的動力過程。在具體實施上也就是改變以往的監測系統各自為政的格局，將以往的有關監測和分析系統整合起來，并研制成了綜合監測硬件系統和相應分析預警軟件，作為礦山安全系統平臺, 供有關決策和指揮系統的人員使用。

 

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關于礦山地震的基本知識

圖文簡介

礦山地震是指礦山煤巖體破裂時輻射地震波的現象，在煤炭系統中，它被稱之為“沖擊地壓”。