山东省矿震特点、灾害机理、监测工作现状及对策分析

刘承雨 李国一 田兆阳

山东省地震局，山东济南 250014

山东省是煤炭、黄金等资源大省。近些年来，矿震的发生给矿区的安全生产造成了一定影响，引发的不安定因素仍普遍存在。加强矿震监测对于降低和减少矿震所导致的事故和灾难，对矿山企业的安全生产、提高矿震灾害应急处置能力、有效减轻社会影响具有积极作用。本文对山东省矿震空间分布特点、矿震的发生机理和监测现状进行了系统的分析，并针对目前矿震监测问题提出建议。

1 山东省矿震特点

山东省是矿震多发地区之一。尤其济宁矿区（煤矿）、枣庄矿区（煤矿+石膏矿）、莱芜矿区（煤矿）、临沂平邑矿区（石膏矿）以及淄博矿区（煤矿）是矿震多发地区（图1）。每年记录到的矿震多达百余次。

图1 山东省矿区分布图

统计2014～2017年我省M≥1.0级矿震数据表明，我省平均每月发生矿震2.3次，矿震发生频次较高。在区域分布上，矿震发生的地点约53%发生于济宁地区，其中，发生在邹城市（集中在东滩矿区、鲍店矿区、兴隆庄矿区）的矿震占济宁地区矿震数量的72%。

在矿震震级分布上，2014～2017年，M≥3.0级的矿震有4次，M≥2.0级的矿震有42次，M≥1.0级的矿震有61次。按照矿震发生地分类，发生矿震的矿区全部为煤矿和石膏矿。

震级较大矿震集中分布在济宁邹城市、兖州区（煤矿）、淄博市博山区（煤矿）以及临沂平邑县（石膏矿）。2014年来，随着博山区采空区治理力度增大，矿震频次及震级明显减少。邹城市、兖州区为兖矿集团驻地，目前煤矿尚处开采阶段，根据矿震区域特点，该区矿震具有发生频次高，震级大的特点。平邑县矿震发生频次较低，但发震震级大，破坏性强，易发生人员伤亡和直接经济损失，例如，2015年“12.25”平邑3.5级矿震共造成1人遇难，13人失踪。因此，邹城兖州地区和平邑县两地需要重点盯防。

2 山东省矿震机理分析

2.1 矿震分类

按照国际通用矿震分类标准，可分为两类（表1）。第一类为冲击地压，主要包括第发生在矿区周围岩体中，因地壳应力调整，沿一些小的断层滑动而发生的地震波释放，以及发生在矿道内的瓦斯、煤粉引爆造成的震动，发生在工作面几十米附近，震级较小，对工作面威胁较大。第二类为矿山地震，发生在大面积采空区，距离工作面较远，震级偏大。

表1 国际通用矿震分类

2.2 矿震灾害发生机理

一般认为，冲击地压型矿震（第一类矿震）的发生与开采深度、开采速度及开采速度稳定性有关[1]。王林瑛依照地震活动性多参数方法对1968～2004年兖矿集团鲍店煤矿矿震监测数据进行分析认为当开采进度过快时，容易诱发较大的矿震[2]。

矿山地震型矿震（第二类矿震）与开采深度、开采方式，采空区范围及上覆岩层性质有关。李世愚对全球煤矿矿山地震统计结果表明，开采深度大于500m的矿山就有发生3级以上矿震的可能性[3]。

2.3 兖矿集团东滩矿区矿震机理分析

2.3.1 冲击地压型矿震发生机理

闫宪磊以SOS矿震监测系统为依托，对兖矿集团东滩矿1305综采面回采期间矿震进行了152d的连续监测[4]，结论表明，一方面回采面的推进速度与低能量矿山震动之间存在明显的线性关系，随着开采速度的加快，震动的总能量由低能向高能转变，冲击低压发生的危险性增加。另一方面回采速度的稳定性对工作面的围岩应力分布有很大影响，同样开采强度下匀速开采表现的应力集中系数较小，煤岩体内存储的弹性动能小，矿震次数和能量较低。

2.3.2 矿山地震型矿震发生机理

根据东滩矿区地质报告，矿区为中部至深部开采，大部分地区采深大于500m，存在发生3级以上矿震可能性。目前回采的3号煤层沉积稳定，煤层较厚，平均煤层厚度为8.5m，回采后采空区纵深高，后侧存在较大范围的悬顶。另一方面，3号煤层上覆岩层为侏罗系粉红色厚层含砾粗粒致密砂岩（东滩井田最大厚度可达794.57m），上覆岩层比重大，在大范围悬顶和上覆岩层重力的双重叠加下，容易产生应力集中，进而引发较大震级矿震。

2.4 平邑石膏矿区矿震机理分析

山东境内石膏矿普遍采用房柱式开采方法[5]，采矿中留设的保安矿柱过小，个别矿柱甚至呈楔形，矿房跨度较大，采高较高，保安矿柱受压达到极限后首先劈裂、变形倒塌，引起局部矿房垮塌，地应力迅速向四周传递，四周的矿柱突然增压并受到冲击波的冲击易被拉倒，形成连锁反应，最终导致整个采空区大面积塌陷，形成突发性矿山地震。

3 山东省矿震监测现状及问题

山东枣庄矿务局陶枣煤田自1976年唐山地震后开始装备地震仪记录矿震，1985年该矿从波兰引进的SKA- 3型地音系统和SYLOK型微震系统，1988年煤炭科学研究院开采所对该系统进行了微机改造，用于监测矿震[6]。山东省地震局自2004年开展了临时数字地震台网现场矿震观测工作，在鲍庄煤矿矿区附近设立由3台数字地震仪组成的小区域地震台网。近年来，随着煤矿资源需求量的增加以及安全生产理念的不断深入，各大煤矿都建立了以监测对象为中心等矿震监测网略平台。

目前山东能源集团6家权属矿业集团和兖矿集团均针对矿震建立了监测网络平台。例如，龙矿集团形成了以梁家矿为台网中心，7对生产矿井组成的矿震监测台网系统；兖矿集团建立兖州矿区监测网络平台，形成了以鲍店煤矿为台网中心，兴隆矿、东滩矿、南屯矿等8个观测台站组成的充矿集团数字遥测矿震监测台网系统[7]，针对矿震发生的密集区，兖矿集团还实施追加多套地面流动台网从而加密观测，增加在灾害重点区域的矿震监测能力。

4 矿震监测工作对策分析

（1）矿山生产企业应依托高校和科研院所开展矿震监测安全生产研究。建议在采矿工作面布设监测设备，实现矿区微震监测系统的建立及并网，对第一类矿震进行密切监测，根据检测结果同煤与瓦斯突出、矿井突水等安全生产事故的关联性及耦合性进行分析，并结合区域地质背景探索解决方法和应对措施。

（2）合理选址和布置煤矿微震台站，加强科技研发，提高矿震监测精定位程度和山东省矿区台网密度，形成矿企一体化的监测系统。