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在地下数百米甚至上千米的矿山深处,岩石并非静止不动。采矿活动打破了原有的应力平衡,时常引发两种令人警醒的现象:矿震与冲击地压。在我们认识这两种现象的过程中,有的时候会将二者混为一谈,它们虽都源于矿山压力活动,却有着本质区别。
矿震是由采矿活动引起的一种震动现象,可能致灾也可能不致灾。主要发生在煤矿开采深度大、煤层顶板岩性坚硬难冒、地质构造复杂的条件下。也就是说,矿山工程开挖形成的地下空间,使得原岩应力场出现二次重新分布,而在局部区域(断裂带、断裂交叉复合部位、悬空坚硬顶板等)将造成应力集中和变形能的积蓄,当达到对应区域的承载极限后,将会由于断裂面滑动或顶板断裂等,造成已积聚弹性能的突然释放,由此形成矿震(尤其是长壁采煤法,采空区所形成的联通空间体积较大)。
也就是说,所有的煤矿所有的矿山都有矿震,没有冲击地压的矿井,它也照样有矿震,只不过矿震大还是小,我们是否可以感知到。
冲击地压是指煤矿井巷或工作面周围煤(岩)体由于弹性变形能的瞬间释放而产生的突然、剧烈破坏的动力现象,常伴有煤(岩)体瞬间位移、抛出、巨响及气浪等,是煤矿安全生产的“隐形杀手”,极易引发群死群伤的重大事故。
在此,我们假设这样一个场景:开采过程中,高位的厚硬顶板发生了一次能量释放级别较大的破断,伴随着震动或者声响,这时即出现了一次矿震现象,也就是说,是否发生了矿震,这个结论的获得,不需要考虑它所造成的结果;而如果这次矿震所产生的动载扰动,作用于工作面超前位置处于临界状态的煤体上,并诱发了符合冲击地压定义中对应特征的剧烈失稳,那么就发生了冲击地压事故,也就是说,不论是什么原因造成的,只要结果的特征符合定义即可判断为冲击地压。
从影响我们生产角度来说,我们更应该关注的是冲击地压的现象、事件,而不能发生了事故,我们才对它关注。冲击地压现象是与采煤工作面推进形成的采矿压力传播有关,有能量显现;冲击地压事件是没有人员伤亡、巷道破坏、设备损坏的大能量显现,一般102~104J,甚至有107J;冲击地压事故与其他类型的煤矿事故一样,有人员伤亡或财产损失,有大能量显现。
矿震与冲击地压都是弹性变形能的瞬间释放,但矿震和冲击地压存在明显差异。每一次冲击地压一定是一次矿震,因为冲击地压是一次震动,是一次能量的突然释放,一定是矿震,但是大部分的矿震不致灾,但冲击地压一定是灾难,这就是它们的不同。由于震源多在远场,实现矿震完全的可防可控,其难度和成本是极高的,即便投入大量资源实现了矿震的可防可控,对于从根本上解决冲击地压防控这一迫切的主要问题,其贡献确实有限。
从定义上来看,冲击地压是一种极端的灾害,它的定义不涉及诱发它的原因;矿震是采矿引起的一种现象,它的定义不涉及它造成的结果。在具体的工作中,谁是因,谁是果,是务必回答清楚的一个问题。从安全角度,我们应该关注的主体和起点,就是冲击地压这类灾害,而矿震只不过是导致冲击地压这类灾害的原因之一,切不能本末倒置。
系统研究并防控冲击地压的必要性是十分明确的,因为冲击地压本身就意味着灾害性的结果;而矿震则是正常采矿活动所引起的一种现象,对于矿震的关注重点,应该是在具体的环境中系统研判它能否引起不良后果,而不是盲目投入大量时间和资源去研究如何杜绝矿震本身的发生。
对于大部分矿震而言,可能引起地面相对强烈的震感,但根据历来的工程经验,矿震很难对井下造成实际的破坏,不过,由于涉及到人民群众的日常生活问题,矿震容易引起一定的舆情,因此,在对矿震的处理上面需要更高的智慧,从科学的角度上认真分析,从而做出更加合理的决定,既能安抚矿震造成的恐慌,又能保障企业的安全正常生产,而不应该是简单的停产整顿。
来源:中国矿山安全学会冲击地压和岩爆防治专业委员会前往王家山煤矿开展冲击地压调研资料
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