矿井动力灾害的地质动力条件和危险性预测.ppt

板块构造观点把地球作为一个整体来进行研究。认为个别大陆、区域的地质演化是与邻区演化发展密切相关的，也是与全球的演化发展相关的。煤矿生产的工程区域必然位于板块中，发生的矿井动力灾害等动力现象受到板块活动的影响和制约，研究矿井动力灾害首先从板块运动入手。 全球地震震中分布图 据地质考察证实，大约距今6亿年,喜马拉雅山脉这里是一片古老广阔的“特提斯”海,是古地中海的一部分。到早第三纪末期(约240万年前)，地壳发生了一次强烈的造山运动，在地质上称为“喜马拉雅运动”，使这一地区逐渐隆起，形成了世界上最雄伟的山脉。经地质考察证明，喜马拉雅的构造运动至今尚未结束，仅在第四纪冰期之后，它又升高了1300—1500米。现在还在缓缓地上升之中。 模式识别研究工作主要是开发矿井动力灾害预测模式识别分析系统软件程序。总共开发了一级子模块5个： (1) 数据管理子模块； (2) 特征提取子模块； (3) 模式分类子模块； (4) 区域预测子模块； (5) 数据可视化子模块。 辽宁工程技术大学地质动力区划研究所 中国 阜新 张宏伟 教授 辽宁工程技术大学 2010.8 1.1 矿井动力灾害的动力机制 矿井动力灾害以其突然、急剧、猛烈的破坏特征对煤矿的安全构成严重威胁。矿井动力灾害发生的时间和地点分布是不均衡的，具有明显的构造带控制性、分段变化性、区域分布不均匀性， 产生矿井动力灾害的主要动力条件(外因)。第一，岩石（煤）材料应达到负载的极限状态。第二，工程区域的力学状态是不稳定的。第三，系统应具有足够水平的被释放的能量，使系统达到失稳状态并伴随煤层（岩层）的急剧动力破坏。此外还有内因和诱因。 因此要研究矿井动力灾害的动力条件，首先要回答能量是怎么产生的？来源在哪里？ 1 矿井动力灾害的地质动力基础 从力学观点分析，能量的产生是由于材料的变形所引起。大地构造运动可以用板块构造学阐明其运动规律，可以进行应力和能量分析。矿井动力灾害多发生在井工矿井的采掘活动中，井下工程区域是处于大地构造环境和现代应力场中，所以要分析工程范围内煤岩体能量的积聚，首先要从板块驱动机制和能量积聚分析入手。 1.2 板块构造及其动力学特征 全球板块划分图(据Le Pichon,1968) 1.2 板块构造及其动力学特征 1.2 板块构造及其动力学特征 南极板块运动位移速率图 太平洋板块向西北方向俯冲(≥10mm/a)——地震活动非常频繁； 菲律宾海洋板块向西北俯冲(46-55mm/a)——地震活动频繁； 印度板块向北运动(150-200mm/a)——地震活动频繁、青藏高原隆升。 1.2 板块构造及其动力学特征 根据板块运动可以分析其能量，假设印度板块平均厚度30km，面积为3000万km2，地壳密度为2.7t/m3，印度板块的运动速度按照板块运动的最低速度算，为10mm/a。计算得到印度板块每年的运动能量至少为2.4×1019J。如按150-200mm/a的速度计算，则至少还要增加一个数量级。相比之下，太平洋板块的运动能量则会更大。 板块运动产生的巨大能量通过地壳岩体介质传递到各次级亚板块和构造块体内，也必然传递到煤矿开采的工程区域，将会引起岩体内的应力和能量重新分布，形成应力升高和降低区域、能量的积聚和释放区域。这是矿井动力灾害发生的动力条件。 1.3 矿井动力灾害的动力基础 矿井动力灾害的产生需要较大的能量。根据地震学方法对鹤岗矿区矿井动力灾害的研究表明，震级为1.0～2.5时，矿井动力灾害释放能量为2～20×106J。说明板块运动引发的区域构造块体的能量积聚是足够支持矿井动力灾害的发生。这是矿井动力灾害发生的能量条件。也就是说，导致矿井动力灾害发生的能量是由板块运动所引起的。 矿井动力灾害的震级、能量及相关特征 1.3 矿井动力灾害的动力基础 20～25 震动持续时间(S) 0.6～1.8 震动优势频率(Hz) 底板岩体、煤体和断层参与，以底板释放弹性能为主 能量释放体 1.12～2.49 环境剪切应力(MPa) 0.12～0.35 应力降(MPa) 1.91～5.87 地震矩(1013Nm) 2～20 测定能里释放(106J) 1.0～2.5 里氏震级(ML) 地震学 方法分 析结果 数值或宏观调查情况 项目 既然在板块运动的影响下，引起构造活动和板内构造变形，使得地壳内构造块体中应力和能量的重新分布，所以研究矿井动力灾害的前提是必须从研究板块运动和构造应力场入手。可以说，没有板块运