抚顺矿震时间—空间—强度预测及其对城市危害性评价研究

 

成果简介  
 （主要包括：立项背景、成果特点，创新性，成果水平，应用效果

及推广前景等，2000字） 

“抚顺矿震时间—空间—强度预测及其对城市危害性评价研究”

 

1．立项背景

老抚顺是一个矿业开发类城市。近年来，由于老虎台矿井地下开采而引发的矿震时有发生。日渐频繁的矿震不仅严重影响到矿井的生产安全，而且对城市的安全也构成严重威胁。对此，抚顺市委、市政府、抚顺矿务局都给予了高度重视。1999年底由北京科技大学、市地震局、老虎台煤矿和煤科总院抚顺分院四个单位组成矿震问题研究课题组，进行本项目的研究。该项研究的总体目标是：预测出现行开采、未来开采可能引发矿震的最大规模（强度）及其在时间－空间上的演化规律；划定矿震的影响范围并完成矿震对城区危害程度的基本评价及区划；摸清矿震发生的原因和机理。

2．成果特点及创新性

项目采取了地震学研究和采矿工程研究相结合的研究方法。

与国内外同类研究相比，“抚顺矿震时间—空间—强度预测及其对城市危害性评价研究”项目具有以下特点：

（1）将矿井安全问题同城市及其周边环境安全问题、工程地质灾害及其环境及社会问题融为一体进行研究，并实现了深部开采过程中伴生冲击性灾害对地下生产和地面环境及城市安全影响的危险性定量评价。研究内容涉及采矿工程与工程力学、地震工程与工程抗震、城市规划、建筑工程、环境灾害评价与区划、城市与建筑灾害与防治等多个学科。

（2）利用地震学的知识来研究矿山诱发地震是国内外相关研究通用的方法。在本项研究中，首次提出了开采扰动势的概念，并以此为基础来定量分析矿震活动的动力加速趋势与开采深度、开采强度、地质构造等因素的关系。从而更加密切了地震学与工程学科的联系，为利用地震学中关于震级-频度的关系、震源机制分析及地震危险性评价等理论和技术来研究深部开采过程中冲击性灾害问题提供了科学依据和工程范例。如此系统的矿震机理研究在国内外属首次。对未来开采可能引发矿震最大震级做出定量预测在国内外也属首次。

（3）对矿井一百年的开采历史进行三维动态数值模拟，再现了矿井百年开采过程中能量集聚和演化的规律。根据矿井近百年的开采过程来研究冲击性灾害的能量演化过程，从而解决人工诱发地震的能量预测、空间预测和时间预测即时、空、强定量预测问题。预测结果已被后续的矿震事实所证实。如此大规模、系统、全面的力学反演在国内外尚属首次。

（4）诱发地震的烈度划分是不同与天然地震烈度的一个重要问题。目前世界上还几乎没有成功的范例可循。在本项研究中，根据抚顺市以往发生的大震级矿震事件，在进行广泛社会调查的基础上，实现了对于矿震的地面烈度划分。所预测的最大矿震规模和烈度区划对于抚顺市的城市安全、城市规划、市政建设、建筑规划与设计提供了重要参考依据，对于维持社会稳定和生活秩序、防止矿震灾害具有重要社会意义。将矿震研究和采矿方法研究、城市规划、建筑规划与设计研究紧密结合在一起，使矿震研究成果具有很强的实用性，这在国内外也属首次。

（5）实现了井下矿震及冲击地压危险性的区域评价。根据可能发生冲击地压及矿震的危险性大小，将矿井未来开采的范围划分为五个不同等级的危险区。所得出的地下矿震危险性分区以及提出的未来开采的建议对于保障矿井生产安全、有效控制矿震灾害具有重要的实际意义。

专家鉴定认为，本项目研究成果总体上达到国际先进水平，主要关键技术具有开拓性和创新性。

3．应用效果及推广前景

（1）项目鉴定后的一个月，即在2002年1月23日抚顺发生里氏3.7 级矿震事件。这是抚顺有史以来所发生的最大规模的矿震。研究结论的正确性得到了初步证实。

（2）所给出的极限震级事件作用下地面烈度划分已经成为抚顺市城市规划、城区改造、城市减灾防灾和市政建设的重要决策依据。为了防灾，位于6度区里的市委办公大楼由于没有抗震设防已经决定推倒重建。位于矿震作用范围内的市政、住宅等建筑设施已经开始进行搬迁或者加固。市政府已经责成有关部门对矿震影响范围内的城市用地进行抗震性能的安全性进行重新评估。

（3）所提出的小震级事件的频繁作用对城区及建筑物产生的影响以及矿震与天然地震的耦合作用等结论已经得到政府及有关部门的重视和采纳。目前正在加紧矿震检测系统的配套和完善。2002年，抚顺市政府投资100万元用于矿震监测系统的改造和建设。

（4）所得出的对老虎台矿井下冲击地压及矿震震源的危险性分区已经成为指导老虎台矿进行后续开采过程中优化开采顺序、调整开采布局、采取安全措施的重要依据。

随着自然资源的大力开发，开采深度不断增加，开采规模不断扩大，由此而引发的工程安全事故也越来越多。其中由于矿震、冲击地压、岩爆等冲击性灾害所引发的安全事故和地质环境问题也不断增加。尤其是向老虎台这类百年老矿，开采深度大、开采条件不断恶化，矿震、冲击地压、煤及瓦斯突出等灾害频繁发生。这不仅对于矿井生产构成威胁，同时对于城市安全和周边环境构成严重威胁。对这类冲击性灾害的研究、预报、控制和预防不仅是矿业生产安全的重要问题，同时也是保障城市及其周边环境安全、维护社会稳定的重要问题。该项目的研究方法，不仅对于情况与老虎台煤矿相似的矿山具有推广价值，而且对于冶金、有色、隧道、军工、核工业矿山等地下工程中冲击性地质灾害的预报与评价、保证生产安全都具有普适性。 
 

 申报单位名称
 北京科技大学
 
通讯地址
 北京市海淀区学院路30号
 邮政编码
 100083
 
联系人
 纪洪广
 电话(区号)
 010-62333867
 
电子信箱
 jihongguang@ces.ustb.edu.cn
 传真(区号)
 010-62332465
 
成果完成单位
1.    北京科技大学

2.    抚顺市地震局

3.    辽宁天宝能源股份有限责任公司老虎台煤业分公司

4.    煤科总院抚顺分院