“深部矿山安全地质”专题（《工程地质学报》）

来源：工程地质学报

矿山安全地质学是地球科学与矿业科学与工程、安全科学与工程的交叉学科。《工程地质学报》2021年第4期策划的“深部矿山安全地质”专题针对深部矿产资源开发与地质环境相互作用机制，安全地质问题产生的机制与防控，特别是深部矿产资源开发诱发的突水溃砂、冲击地压、煤和瓦斯突出等灾害防控的地质基础、防控原理、监测预警等最新进展和成果进行征文，旨在为预防遏制和治理矿山重大地质灾害提供途径和方案，探讨深部矿山工程地质、水文地质和安全地质方向亟待研究的关键科学和技术问题。

行业视野: 地质
类别; 98个
关键词; 97位
专家; 21篇
论文; 5885IP
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矿山安全地质学：综述

作者(Author)：隋旺华

摘要：矿山安全防控是一个复杂的系统工程，涉及到多学科，而其中的地质条件和成灾机理研究是事故防控中最重要的基础工作。但是，目前还没有系统地研究安全地质的学科和工作机制。因此，提出应建立矿山安全地质学新的交叉学科。针对矿山建设和采掘安全生产的需求，介绍了矿山安全地质学的概念、内容框架、研究方法、主要矿山安全地质问题、安全地质问题风险评价等，并对矿山安全地质研究中亟待解决的关键科学问题和防控关键技术发展趋势提出了建议和展望，同时，本文还简要综述了本期深部矿山安全地质专辑收录的主要文章在矿山安全地质方面的创新性工作，期望为深部矿山安全地质理论研究与灾害防控提供科学支撑。

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煤矿冲击矿压机理、监测预警及防控技术研究

作者(Author)：窦林名, 周坤友, 宋士康, 曹安业, 崔恒, 巩思园, 马小涛

摘要：随开采深度不断增加，煤矿冲击矿压灾害形势严峻，冲击矿压机理、监测预警技术及防控技术的研究对于煤矿安全生产至关重要。论文系统总结了团队多年来研究成果及进展，提出了动静载叠加诱冲机理，基于动静载力源和能量主体划分了冲击矿压类型。提出了冲击危险"应力-震动-能量"三场耦合监测原理，建立了冲击危险应力场-震动场-能量场三场多参量综合监测预警技术体系，并构建了多参量带权重的时空预警模型，基于大数据和云平台技术，开发了冲击矿压风险智能判识与多参量监测预警云平台，实现冲击危险监测数据与防治措施信息的融合，提高了冲击危险监测预警效能，提出了冲击危险强度弱化减冲原理和巷道围岩强弱强结构原理，并给出了基于动静载的冲击矿压分类监测预警和防治方案。研究成果有力推动了冲击矿压研究进展，可为深部冲击矿压防治提供重要指导。

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岩爆和冲击地压的差异解析及深部工程地质灾害关键机理问题

作者(Author)：宫凤强, 潘俊锋, 江权

摘要：岩爆和冲击地压原来在自然界并不存在，完全是由于人类进行深部地下空间利用、深部矿产资源开采等工程建设时诱发产生的，两者同属于最典型的深部工程地质灾害。由于历史原因，岩爆和冲击地压长期存在概念混用的情况。本文比较详细地综述了岩爆和冲击地压领域国内早期的研究历程，系统解析了岩爆和冲击地压之间存在的差异。在研究对象(硬岩和煤的承载强度、储能及释能能力、弹脆性)、受力条件(地应力、扰动应力)和边界条件(开挖和开采方法及工序、扰动范围和时效性等)方面，岩爆和冲击地压均存在根本区别;在表观现象、限定对象、研究对象、赋存条件、行业领域、工程建设方法、工程建设目的、要求及支护性质、诱发机理、倾向性判据、划分类型、划分等级、等级评价方法等方面，岩爆和冲击地压也存在很大差异。综上，岩爆和冲击地压是并列的两类地质体动力破坏现象，两者之间不存在隶属关系。在综合参考前人研究的基础上，分别给出了岩爆和冲击地压各自的定义和内涵。岩爆的定义为发生在深埋隧道(隧洞)、深部矿山巷道及矿柱部位的硬岩弹射、爆裂或崩落现象，伴随不同程度声响;冲击地压定义为发生在深部煤矿中煤抛出现象，释放出不同程度的动能，严重时往往伴随震动、巨响、气浪或冲击波。从煤动力冲击破坏的现象与名称统一的角度考虑，建议用"煤冲击"代替"冲击地压"概念。在此基础上，详细阐述了岩爆和冲击地压研究中的7点认识。最后，从研究对象、受力条件和边界条件等3个方面讨论了岩爆和冲击地压的关键机理问题，即从静动(或动静)组合加载力学的角度研究岩爆和冲击地压，符合深部地质体破坏的全受力路径，同时要从能量守恒的角度研究从静态到动态的转换问题。在岩爆和冲击地压的机理分析、预测预报、监测报警、调控防治中，都要科学认识各影响因素之间的逻辑关系和辩证关系(注:本文因为无法找到与冲击地压契合的英文名称，在英文摘要中同时存在"coal burst"和"coal bump"两种表达)。

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基于微震的底板采动裂隙扩展及导水通道识别技术研究

作者(Author)：靳德武, 段建华, 李连崇, 燕斌, 牟文强, 鲁晶津, 周麟晟

摘要：华北型煤田开采面临奥陶系石灰岩岩溶富水性强、水压高、地质构造复杂、隔水层薄等问题，防治水工作面临巨大挑战，导水通道识别是底板水害防治的关键问题。论文结合微震监测原理，提出基于微震能量密度及岩层破裂连通度反演导水通道的识别方法，以河北葛泉矿东井11916工作面底板突水监测工程为背景，应用上述基于震源参数的底板导水通道识别技术，通过连通路径反演得到11916工作面内陷落柱区域存在1～3条主导裂隙，通过视电阻率监测数据验证了导水通道的存在。结果表明，以微震能量密度及连通度表征底板岩层采动裂隙的导通性是可行性的;研究成果为推动微震监测技术在底板水害防治中的应用提供了一条新途径，同时，为提升底板突水监测预警水平奠定了重要基础。

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淮南煤田潘集煤矿外围勘查区水压致裂地应力测量研究

作者(Author)：吴基文, 张文永, 彭华, 翟晓荣, 沈书豪, 孙贵, 毕尧山

摘要：为分析淮南煤田潘集煤矿外围勘查区的地应力分布规律，采用水压致裂法及装置，对研究区深部勘查区域地应力进行了测试。本次研究共完成3个钻孔、28个测点的现场实测，3个钻孔深度均超过1400 m，其中最大测点深度为1460 m。通过实测和分析，获得了勘查区的地应力状态及其分布规律。研究结果表明:(1)勘查区深度466～1460 m范围内最大水平主应力为13.62～54.58 MPa，最小水平主应力为11.79～37.93 MPa，最大水平主应力方向为NEE向，实测地应力值随着深度增加成近似线性增长的关系;(2)勘查区最大水平主应力与垂直应力的比值为1.03～1.44，平均比值为1.28，表明勘查区地应力状态以水平应力为主导;(3)在埋深450 m以深地应力场类型表现为构造应力场型，且随深度增加，构造应力显现也增大。测量结果可为勘查区矿井规划与煤炭开采设计提供科学依据。

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基于DFOS的采场围岩变形破坏监测研究进展与展望

作者(Author)：孙斌杨, 张平松

摘要：原生地质体在煤岩层采掘条件下将发生变形破坏，相关物理属性(应变场、渗流场、化学场、温度场、地球物理场)随之改变，为了对变形破坏机理进行精细化分析需对场源特征进行重构反演，因此，亟需一种高灵敏度、性能稳定且分布式的监测系统对上述场源信息进行实时动态监测。基于光纤传感测试技术自身的优点(分布式、稳定性高、抗电磁干扰等)，可以弥补常规电阻式和振弦式传感器的不足，能够对采场围岩变形进行动态监测，获得的海量数据体为围岩变形场、应力场的恢复和重构提供支撑。详细介绍了布拉格光纤光栅(FBG)、光时域反射技术(OTDR)、布里渊光时域反射技术(BOTDR)、布里渊光时域分析技术(BOTDA)、布里渊光频域分析技术(BOFDA)的工作原理、优缺点及适用条件，阐述了其在顶底板变形破坏、支承压力、断层活化监测、煤柱稳定性监测及破碎岩体注浆加固稳定性监测等方面的研究进展。分析了分布式光纤传感测试技术在当前研究中存在的问题、研究的热点，指出了后期研究的发展趋势，提出建立井上下一体化多参量信息融合监控预警平台，构建多相多场融合判别技术体系，为透明化智慧矿山建设提供数据支撑。

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煤层顶底板采动破坏同步动态监测电性特征分析

作者(Author)：杨海平, 刘盛东, 杨彩, 章俊

摘要：随着煤炭开采深度的增加,深部复杂条件下开采的水害问题日益严重。复杂条件下煤层回采过程顶底板破坏动态监测对于工作面突水预测、采煤方法改进等具有重要意义。本文基于并行电法监测技术,结合双模式电极数据采集方式,同时在采煤工作面进行煤层顶、底板全空间地电场特征监测研究,获得了煤层围岩顶底板采动前后电阻率及自然电位同步响应特征。研究表明:顶底板跨孔电阻率监测动态变化可以显示孔间电阻率随采煤工作面逐步推进的动态变化情况,可有效表征顶底板破坏带发育范围,同时顶板垮落造成的电阻率变化程度大于底板破裂引起的电阻率变化程度;自然电位数据可分辨顶、底板岩层及裂隙张合形态、以及破裂程度,研究区域内顶板自然电位值明显高于底板自然电位值,且顶板的破裂引起的自电位变化强度明显大于底板破裂引起的自电位变化。采用多参数对煤层顶底板采动破坏进行同步动态监测,对保障采动工作面安全回采具有现实应用价值。

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一种节理围岩巷道开挖物理模型试验方法及其应用

作者(Author)：李光, 马凤山, 郭捷, 雷扬, 黄业强, 刘爱民

摘要：物理模型试验是研究矿山巷道开挖稳定性问题的重要方法，特别是对于深部节理岩体相似模型的制作，难度高，周期长，工艺复杂。为解决这一技术难题，提出了一套节理围岩巷道开挖的物理模型试验方法，依托金川矿区典型的菱块状围岩巷道进行了试验，详细介绍了模型搭建和开挖过程，并将模型试验与现场调查结果进行了对比，主要得到以下几点结论:(1)提出了一种浇-砌混合搭建方法，在模型内圈采用砌块堆砌的方式，外圈选择浇筑的方式，既能体现出节理围岩的结构特征，又能提高试验效率；(2)自主研制了一种巷道开挖装置，通过螺旋牵引拉出预埋模具的方式完成开挖，巷道成型好，扰动小；(3)以金川矿区巷道为原型进行的物理模型试验，真实还原了工程中巷道的变形破坏特征，证明了该方法的科学性、实用性和高效性，为类似模型试验的设计和制作提供了技术参考。

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