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（1）大地構(gòu)造應(yīng)力場(chǎng)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(cè)構(gòu)造應(yīng)力場(chǎng)的擾動(dòng)引發(fā)煤礦災(zāi)害事故。宏觀上，中國(guó)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�，F(xiàn)代地質(zhì)學(xué)習(xí)顯示，大地構(gòu)造運(yùn)動(dòng)是以板塊或塊體的整體或有限形變?yōu)榛具\(yùn)動(dòng)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(chǎng)所。新生代始新世以來，印度板塊對(duì)其他板塊的持續(xù)擠壓碰撞（張?jiān)罉虻龋?999；張?jiān)罉蚝土尾洌?006；張?jiān)罉虻龋?006；馬寅生等，2007；萬(wàn)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(wú)不受到構(gòu)造應(yīng)力場(chǎng)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(cè)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(duì)構(gòu)造應(yīng)力場(chǎng)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(guó)有26395家煤礦，這些煤礦長(zhǎng)時(shí)間，大范圍的開采，可能使中國(guó)大陸成為絕好的天然試驗(yàn)場(chǎng)：人們無(wú)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(huì)造成煤田周邊地層松動(dòng)失穩(wěn)——煤礦災(zāi)害叢集現(xiàn)象可能檢驗(yàn)了淺表地殼的物理力學(xué)特性。理論上，不僅煤礦，對(duì)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(dá)到煤礦開采同樣規(guī)模，都應(yīng)該存在應(yīng)力擾動(dòng)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(jī)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(dòng)的響應(yīng)現(xiàn)象尚未被人們認(rèn)識(shí)。而理論認(rèn)識(shí)上沒有突破，造成現(xiàn)今煤礦領(lǐng)域各種場(chǎng)地監(jiān)測(cè)，力學(xué)分析等解釋性學(xué)習(xí)集中于采掘面附近做場(chǎng)地分析。思路局限于單個(gè)礦井的“點(diǎn)”，而非整個(gè)礦區(qū)甚至多個(gè)礦區(qū)的“面”。
采煤活動(dòng)本身就是對(duì)構(gòu)造應(yīng)力場(chǎng)卸壓，隨著中國(guó)26395家煤礦的開采，這種大范圍的卸壓在持續(xù)進(jìn)行；同時(shí)，大地構(gòu)造運(yùn)動(dòng)也在持續(xù)進(jìn)行（各地震帶不同規(guī)模的地震活動(dòng)）。這樣看來，“人”在動(dòng)，“場(chǎng)”也在動(dòng)，那么，“人”的動(dòng)，能否引發(fā)“場(chǎng)”的動(dòng)？反過來，“場(chǎng)”的動(dòng)，能否影響“人”的動(dòng)？
目前，第一個(gè)問題：“人”動(dòng)引發(fā)“場(chǎng)”動(dòng)的問題，已經(jīng)有了明確認(rèn)識(shí)：隨著開采的深入，我國(guó)多個(gè)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(dòng)是能夠引發(fā)周邊構(gòu)造應(yīng)力場(chǎng)的失穩(wěn)擾動(dòng)。但是，對(duì)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(rèn)識(shí)；第二個(gè)問題：大地構(gòu)造運(yùn)動(dòng)伴隨的構(gòu)造應(yīng)力的擾動(dòng)，能否傳遞到礦區(qū)的應(yīng)力場(chǎng)，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(shí)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(shí)空分布特征，是否呈現(xiàn)叢集特征，另一方面，查看在中國(guó)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(duì)應(yīng)，在前期學(xué)習(xí)中已經(jīng)獲得了較好的頻率對(duì)應(yīng)（附錄2）。解釋性學(xué)習(xí)可以結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)地震監(jiān)測(cè)，震源機(jī)制解，礦井場(chǎng)地應(yīng)力監(jiān)測(cè)，數(shù)值模擬等多個(gè)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(dòng)伴隨現(xiàn)象”得到現(xiàn)場(chǎng)驗(yàn)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(dòng)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(gè)領(lǐng)域，可能找到了背后的總的致災(zāi)因素——在目前所認(rèn)識(shí)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(dòng)。不僅煤礦，對(duì)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(dòng)控災(zāi)的可能性。
2）．探索“以災(zāi)害預(yù)測(cè)災(zāi)害”——不同類型災(zāi)害互報(bào)的新途徑
（1）各煤礦大區(qū)建立災(zāi)害通報(bào)機(jī)制，彼此掌握開采進(jìn)程，周邊地震活動(dòng)以及災(zāi)害情況，提早識(shí)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(duì)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(guó)地震監(jiān)測(cè)網(wǎng)的監(jiān)測(cè)信息為依據(jù)，進(jìn)行煤礦災(zāi)害監(jiān)測(cè)，探索實(shí)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(shí)空叢集序列與大地震具有較好的頻率/頻度對(duì)應(yīng)（附錄2）。長(zhǎng)期以來，在地震學(xué)習(xí)領(lǐng)域0-3級(jí)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(zhǎng)周期，大范圍”地震活動(dòng)時(shí)空叢集特征計(jì)算上，在地震中、短期預(yù)報(bào)，地震活躍期識(shí)別，斷層活動(dòng)周期計(jì)算等方面可能會(huì)大有作為。
4）．對(duì)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(yùn)動(dòng)的相互作用，認(rèn)識(shí)其影響機(jī)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(shí)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(dòng)的響應(yīng)現(xiàn)象尚未被人們認(rèn)識(shí)，煤礦各生產(chǎn)單位都是采用獨(dú)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(duì)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(shí)空特征，進(jìn)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(duì)于礦井密集的礦區(qū)，每個(gè)煤礦要了解周邊鄰近煤礦采掘點(diǎn)，構(gòu)造應(yīng)力場(chǎng)、區(qū)域應(yīng)力場(chǎng)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(gè)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(qiáng)烈的礦區(qū)、地震帶以及彼此影響強(qiáng)烈的礦井。這些扎堆發(fā)生的災(zāi)害及地震活動(dòng)成為周邊地震帶的“應(yīng)力窗”，而周邊大范圍的地震活動(dòng)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(jià)值，有可能改變地震監(jiān)測(cè)，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(shí)長(zhǎng)，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(jìn)而是否與構(gòu)造運(yùn)動(dòng)相關(guān)聯(lián)。迄今為止，礦井是人類進(jìn)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(yuǎn)比地表監(jiān)測(cè)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(cè)設(shè)施延伸至礦井，那么，監(jiān)測(cè)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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