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（1）大地構(gòu)造應(yīng)力場控災(zāi)
事故礦井多位于板塊邊界附近，塊體內(nèi)部較少，推測構(gòu)造應(yīng)力場的擾動引發(fā)煤礦災(zāi)害事故。宏觀上，中國大局部煤田與各主要地震帶，在空間上都有重合或局部重合。現(xiàn)代地質(zhì)學(xué)習(xí)顯示，大地構(gòu)造運動是以板塊或塊體的整體或有限形變?yōu)榛具\動形式（Tapponnier Molnar1976;Tapponnier et al.，1981; England
Houseman 1986; England et al.，1997），板塊邊界的斷陷盆地則恰恰是構(gòu)造應(yīng)力/應(yīng)變調(diào)整的重要場所。新生代始新世以來，印度板塊對其他板塊的持續(xù)擠壓碰撞（張岳橋等，1999；張岳橋和廖昌珍，2006；張岳橋等，2006；馬寅生等，2007；萬天豐，2011，1993）�，F(xiàn)今，在這些板塊邊界附近（斷陷盆地內(nèi)）開采的煤礦無不受到構(gòu)造應(yīng)力場的作用，這是煤礦應(yīng)力災(zāi)害學(xué)習(xí)的大地構(gòu)造基礎(chǔ)。板塊內(nèi)部煤礦災(zāi)害的近乎缺失，令人懷疑板塊邊界控災(zāi)。甚至，可以推測查找高事故礦井的構(gòu)造位置，懷疑這些構(gòu)造位置可能對構(gòu)造應(yīng)力場有窗口效應(yīng)。
（2）大規(guī)模采掘卸壓，可能導(dǎo)致淺表沉積層失穩(wěn)
任何地殼的力學(xué)性質(zhì)都是固定的，中國有26395家煤礦，這些煤礦長時間，大范圍的開采，可能使中國大陸成為絕好的天然試驗場：人們無限制地采掘地下煤炭，當(dāng)卸載的構(gòu)造應(yīng)力大于淺表地殼的力學(xué)支撐能力，可能會造成煤田周邊地層松動失穩(wěn)——煤礦災(zāi)害叢集現(xiàn)象可能檢驗了淺表地殼的物理力學(xué)特性。理論上，不僅煤礦，對于非煤礦山、各種大型的地下工程乃至未來人類開展的各類探地工程等，只要達到煤礦開采同樣規(guī)模，都應(yīng)該存在應(yīng)力擾動致災(zāi)的可能性。
（3）揭示煤礦地質(zhì)災(zāi)害深層次的構(gòu)造機理問題
當(dāng)前，煤礦領(lǐng)域未開展礦井的空間定位，礦井災(zāi)害叢集特征及其與地震活動的響應(yīng)現(xiàn)象尚未被人們認識。而理論認識上沒有突破，造成現(xiàn)今煤礦領(lǐng)域各種場地監(jiān)測，力學(xué)分析等解釋性學(xué)習(xí)集中于采掘面附近做場地分析。思路局限于單個礦井的“點”，而非整個礦區(qū)甚至多個礦區(qū)的“面”。
采煤活動本身就是對構(gòu)造應(yīng)力場卸壓，隨著中國26395家煤礦的開采，這種大范圍的卸壓在持續(xù)進行；同時，大地構(gòu)造運動也在持續(xù)進行（各地震帶不同規(guī)模的地震活動）。這樣看來，“人”在動，“場”也在動，那么，“人”的動，能否引發(fā)“場”的動？反過來，“場”的動，能否影響“人”的動？
目前，第一個問題：“人”動引發(fā)“場”動的問題，已經(jīng)有了明確認識：隨著開采的深入，我國多個礦井陸續(xù)出現(xiàn)沖擊地壓，礦震等應(yīng)力災(zāi)害，顯示采煤活動是能夠引發(fā)周邊構(gòu)造應(yīng)力場的失穩(wěn)擾動。但是，對于礦井之間，礦區(qū)之間是否彼此影響而致災(zāi)，因缺少事故礦井定位而沒有認識；第二個問題：大地構(gòu)造運動伴隨的構(gòu)造應(yīng)力的擾動，能否傳遞到礦區(qū)的應(yīng)力場，引發(fā)異常？探索性學(xué)習(xí)可以從地震和煤礦應(yīng)力災(zāi)害的時空分布入手：大地震發(fā)生后，一方面，查看天然地震、礦震、煤礦地質(zhì)災(zāi)害的時空分布特征，是否呈現(xiàn)叢集特征，另一方面，查看在中國大陸范圍，地震與煤礦災(zāi)害叢集序列的頻率、頻度是否與災(zāi)害性地震對應(yīng)，在前期學(xué)習(xí)中已經(jīng)獲得了較好的頻率對應(yīng)（附錄2）。解釋性學(xué)習(xí)可以結(jié)合現(xiàn)場地震監(jiān)測，震源機制解，礦井場地應(yīng)力監(jiān)測，數(shù)值模擬等多個角度，采用多種手段論證二者之間的因果關(guān)系。
學(xué)習(xí)意義
如果“煤礦地質(zhì)災(zāi)害叢集特征及其與地震活動伴隨現(xiàn)象”得到現(xiàn)場驗證，則具有多方面的學(xué)習(xí)意義：
1）煤礦地質(zhì)災(zāi)害之間、地震活動和災(zāi)害之間，以往都是孤立看待，現(xiàn)在被煤礦災(zāi)害的叢集現(xiàn)象聯(lián)系到一起。在關(guān)系緊密的幾個領(lǐng)域，可能找到了背后的總的致災(zāi)因素——在目前所認識的各致災(zāi)要素中，能夠引發(fā)各種不同類型的災(zāi)害集中連續(xù)發(fā)生的，只有地應(yīng)力擾動。不僅煤礦，對于非煤礦山、各種大型的地下工程乃至未來人類開展的各類探地工程等，都存在應(yīng)力擾動控災(zāi)的可能性。
2）．探索“以災(zāi)害預(yù)測災(zāi)害”——不同類型災(zāi)害互報的新途徑
�。�1）各煤礦大區(qū)建立災(zāi)害通報機制，彼此掌握開采進程，周邊地震活動以及災(zāi)害情況，提早識別災(zāi)害的“叢集”跡象，提前防范，以利于煤礦生產(chǎn)防災(zāi)，減災(zāi)。
�。�2）充分利用在微震與災(zāi)害對應(yīng)學(xué)習(xí)中揭示出的“地震在前，災(zāi)害在后”的現(xiàn)象，以中國地震監(jiān)測網(wǎng)的監(jiān)測信息為依據(jù)，進行煤礦災(zāi)害監(jiān)測，探索實現(xiàn)煤礦災(zāi)害預(yù)警。
3）. 地震事件本身也呈現(xiàn)叢集特征，前期學(xué)習(xí)中，探索出的學(xué)習(xí)方法可以成功的提取叢集序列，并且，揭示出煤礦地質(zhì)災(zāi)害的時空叢集序列與大地震具有較好的頻率/頻度對應(yīng)（附錄2）。長期以來，在地震學(xué)習(xí)領(lǐng)域0-3級微震一直被當(dāng)作“背景”地震，沒有更廣泛的應(yīng)用。如果將該方法應(yīng)用在“長周期，大范圍”地震活動時空叢集特征計算上，在地震中、短期預(yù)報，地震活躍期識別，斷層活動周期計算等方面可能會大有作為。
4）．對于煤礦生產(chǎn)，深入學(xué)習(xí)礦井應(yīng)力傳遞過程及其與構(gòu)造運動的相互作用，認識其影響機制，綜合利用二者之間的影響關(guān)系，可能大大緩解煤礦災(zāi)害的壓力，具有非�，F(xiàn)實的生產(chǎn)意義：
當(dāng)前，礦井災(zāi)害叢集特征及其與地震活動的響應(yīng)現(xiàn)象尚未被人們認識，煤礦各生產(chǎn)單位都是采用獨立的采掘方案和開采規(guī)劃，所有措施都是圍繞各自安全生產(chǎn)制定的，對于彼此之間的影響考慮較少。利用這種應(yīng)力傳遞關(guān)系，各礦區(qū)結(jié)合區(qū)內(nèi)地質(zhì)構(gòu)造和災(zāi)害時空特征，進行統(tǒng)一、科學(xué)、合理的生產(chǎn)規(guī)劃（卸壓），制定更全面的卸壓方案：
�。�1）對于礦井密集的礦區(qū)，每個煤礦要了解周邊鄰近煤礦采掘點，構(gòu)造應(yīng)力場、區(qū)域應(yīng)力場情況。在制定開采方案過程中，除了保證自身生產(chǎn)的需要，還要保證整個礦區(qū)的應(yīng)力平衡；
�。�2）各煤礦/礦區(qū)查找周邊地區(qū)彼此影響強烈的礦區(qū)、地震帶以及彼此影響強烈的礦井。這些扎堆發(fā)生的災(zāi)害及地震活動成為周邊地震帶的“應(yīng)力窗”，而周邊大范圍的地震活動成為煤礦地質(zhì)災(zāi)害的“晴雨表”。
5）礦井災(zāi)害叢集特征可能極具科研價值，有可能改變地震監(jiān)測，地應(yīng)力學(xué)習(xí)的方向。
一旦發(fā)現(xiàn)礦井發(fā)生不可抗拒的應(yīng)力異常，那么，空間范圍多大，涉及多少礦井，持續(xù)時長，過程如何？這些信息將從不同的角度反映淺表地殼的應(yīng)力傳遞過程，進而是否與構(gòu)造運動相關(guān)聯(lián)。迄今為止，礦井是人類進入地下，大規(guī)模卸載地應(yīng)力的“最前緣”，這種大規(guī)模卸載，在巖體力學(xué)性質(zhì)既定情況下，造成應(yīng)變要遠比地表監(jiān)測的數(shù)值可觀，如果地震領(lǐng)域開展的以應(yīng)變?yōu)榛A(chǔ)的地壓監(jiān)測設(shè)施延伸至礦井，那么，監(jiān)測效果應(yīng)該更加明顯。
（陳波）
現(xiàn)象背后潛在的科學(xué)問題 |
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