波兰KP煤矿微重力测量岩爆研究

出处：按学科分类—天文学、地球科学 地质出版社《地质灾害勘查地球物理技术手册》第57页（3503字）

地下采矿造成岩体失去平衡，这种失衡最先表现为地下开采区上方的地面下陷，造成地表的工程结构、建筑物的破坏，这种因采矿而失衡使地下岩体某些部位产生应力、引起岩体变形，以及应变能积聚过大，当其释放时引起岩石的爆裂。微重力动态监测为地下岩体变形与由其引起的密度分布和重力场的变化的相互关系研究提供出有用的证据。

4．5．5．1 在KP煤矿地下监测岩石爆裂

分别以符号△g₁至△g₇来表示Fajklewicz(1983)等人在波兰KP煤矿720m深的地下横巷中设置测量剖面。该剖面处于正在开采的507煤层A、B、C三个长巷工作面的正上方(图4－8)。507煤层上、下部皆系砂岩、页岩和其他煤层，这些厚砂岩层很可能就是岩石爆裂源。

图4－8 测量剖面位置示意图

(据Fajklewicz，1983)

1－点距20m，100个测点的微重力剖面；2－砂岩；3－板状粘土；4－煤层；5－采空的长壁；6－长壁；7－岩石爆裂源

应用Worden重力仪以20m的间距对全长1600m的全部剖面进行了微重力观测。测量误差为±0．011～±0．020mGal⁽¹⁾。测点高程的测量精度为±1．0cm。所有的观测值都是根据布格校正折算到参考水平面上——即720m的巷道的底面，测点No．100处的高度。

在岩石的观测中，应用Fajklewicz的微重力异常的时间变化计算方法(Fajklewicz，1971)。

该方法主要是对危险区附近剖面的微重力测量和对差值异常△g_i+1～△g_i(i=1，…，n)和△g_i－1～△g_i的分布特征分析。此外i为测量微重力异常的时间序列数。

在1977年5月15日、6月30日、8月15日、9月9日和1978年4月1日、6月20日、12月10日，共七个连续的时间序列中进行了测量，分各序列得到的异常分布。4．5．5．2微重力测量连续测量结果与分析

将沿测量剖面(自100号点至180号点)的七次测的△g_i－1～△g_i和△g_i+1～△g₁的分布曲线计算并编绘于图4－9。该图显示了微重力异常随时间变化和不断增长的岩石爆裂危险性之间的关系。

图4－9 不同时间△g分布曲线

(据Fajklewicz，1983)

1－1977年5－6重力异常随时间的变化△g₂－△g₁；2－较大的岩石爆裂和发生的日期；3－推测的岩石爆裂；4－重力测点；5－安全带中的危险区；6－底部隆起；7－第六系列测量期间，重建后的剖面情况

图中异常差值曲线(△g₂～△g₁)的分布特征是在测点164～180之间存在一个负异常。实际情况是这一个异常没有能判断出一次临近顶板岩石爆裂；而在两周后，在横巷附近岩层的确发生了一次岩石爆裂。

异常差值曲线(△g₃～△g₁)和(△g₃～△g₂)反映出128号点处有一负异常和在140～150与168～176点也有两个明显的异常。在记录到这些异常后不久，就在有问题的区域发生了岩石爆裂。1977年7月17日和7月26日两次岩石爆裂破坏了测点140～152的横巷。致使下一组△g₄只能测量到140号测点。但测量表明在测点126～130附近，局部的重力负微异常变大了。

在重修了横巷以后，完成了△g₅组系统的测量后，(△g₅～△g₁)曲线表明观测区内几个负微重力异常一步变大。尽管这次实验观测是定性研究，但实验者通知KP煤矿方面注意在测点128、140～152和172附近存在爆裂的危险。1978年6月6日，在测点172附近就发生了岩石爆裂。随后，在测点128和测点140～152之间也出现了变形。

从以上事实来看，所有的岩石爆裂都是根据对微重力异常随时间变化分布的分析而作出预报的。岩石爆裂破坏的长巷A、B、C的工作面，同样也干扰了横巷的测量。横巷崩塌的底板上隆，钢制支柱也崩塌折断了。这些破坏发生在测点128和测点140～152之间，也发生在未开采的矿层(测点170附近)中。由于实验者的警报，矿方及时采取措施，从危险地带撤出了全体人员，因而未造成任何伤亡事件。

根据第6，7序列的测量结果所作出的差值曲线，可以看出岩体在逐渐地调整到平衡状态。(△g₆～△g₁)差值曲线的测点130至182之间的形态基本上不偏离曲线(△g₅～△g₁)；由此可以推断：在第5、6测量序列之间的时期内，岩体是相对稳定的。测点128附近的突出最大的正异常产生于工作面底部的隆起边缘(图内小图)，这是由前面的岩石爆裂引起的。

在测量剖面所经的巷道重修之后，在巷道内又进行第7序列的系统测量。差值曲线(△g₇～△g₁)和(△g₇～△g₆)变得相对平稳变化，显示了岩体的重新调整过程已经结束了(王谦身等，1995)。

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