《煤田地质与勘探》“煤矿隐蔽灾害探查与治理地质综合保障技术”虚拟专题

来源：煤田地质与勘探

煤矿隐蔽致灾因素一直是影响矿井安全、高效、绿色、智能化开采的关键问题。近年来，随着地质探测技术的不断进步，很多新技术为隐蔽致灾因素的精准探测和治理提供了有力支持。编辑部整理了相关技术进展和应用案例，旨在汇聚前沿科技与应用实践成果，促进学术互动与技术革新。

行业视野: 煤田地质与勘探
类别; 113个
关键词; 121位
专家; 21篇
论文; 3809IP
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采动诱发断层活化响应机制特征研究

作者(Author)：孙文斌, 郝建邦, 戴宪政, 孔令君

摘要：在煤矿开采过程中，采动引起的应力扰动是导致断层活化的关键因素，这种断层活化是煤矿安全开采面临的主要挑战之一。断层活化不仅易于诱发煤矿冲击地压、底板突水等地质灾害，而且对开采安全构成重大威胁。为分析采动效应下断层构造带的演化机制，通过Flac3D数值模拟软件及相似材料模拟试验，建立采动条件下断层的应力−位移响应模型，进行相关研究。结果表明：开采过程中，扰动对于应力的影响作用要先比位移产生，且应力会出现峰值；当应力出现峰值，达到屈服极限后，扰动对于位移的影响作用逐渐显现；随着工作面不断推进，采动导致上覆岩层大面积垮落，致使上覆岩层与断层带贯通，并逐渐诱发断层带的活化现象；采动影响下，断层活化并不是一次性全阶段活化，而是由上部到下部的逐渐活化，其具有明显的空间性、阶段性特征。明确了断层活化的发生特征，能够有效提高对于断层活化间接引起的冲击地压、底板突水等一系列地质灾害事故的预警预防，对于煤矿安全高效开采生产具有重要意义。

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煤田地质与勘探

2024年第04期

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活动断层避让距离确定的理论基础与应用实例

作者(Author)：魏雷鸣, 徐锡伟, 李峰, 曹筠, 任俊杰, 程佳, 张宪兵, 贾启超, 陈桂华, 吴熙彦

摘要：活动断层避让是活动断层探测走向减灾应用的最后“1公里”，也是地震链生灾害风险源的阻断技术。地震现场考察和实验研究表明，只要离开活动断层迹线一定的有限距离就能够保证建(构)筑物免遭活动断层同震破裂和错动引起的灾难性毁坏。因此，活动断层的避让工作是活动断层探测和准确定位的最终目标之一。从活动断层避让相关定义和术语出发，系统论述不同类型活动断层地震破裂局部化宽度特征、倾滑断层地表破裂/灾害的上盘效应及其同震破裂和错动对建(构)筑物的剪切和撕裂作用控制了毁坏带空间展布等特征，这些特征构成了活动断层避让理论；在此基础上着重讨论了活动断层避让标准的适用范围、活动断层管制区划定依据和范围，建设场址区避让活动断层所需的定位精度要求，活动断层管制区内一般建(构)筑物避让活动断层距离基本值(D0)，可以作为近于直立走滑断层和倾滑断层下盘避让的最小距离；倾滑断层中倾角约60°正断层上盘的避让距离为避让距离基本值(D0)的2倍左右，而倾角约为30°的逆断层上盘避让距离为避让距离基本值(D0)的3~4倍；特殊建(构)筑物有别于一般建(构)筑物，它们的安全直接影响到社会安定和国家的兴衰，因此，专门给出了分类避让距离，保证这些建(构)筑物在地震期间不会引发严重的次生灾害；最后简明扼要地介绍了国内外活动断层避让的相关法律法规和避让实例。活动断层避让作为一种科学有效的地震灾害阻断技术，不仅可以有效地解决建(构)筑物的抗断问题：如何避让？避让多少？还可为保障国家经济社会可持续发展和“一带一路”基础设施建设的地震安全提供创新性技术支撑。

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煤田地质与勘探

2023年第12期

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活动断层研究进展及其科学前沿问题讨论

作者(Author)：徐锡伟, 李峰, 程佳, 刘保金, 陈桂华, 李康, 任俊杰, 贾启超

摘要：回顾了我国城市活动断层探测工程、活动断层大比例尺填图计划、我国地震重点监视防御区活动断层地震危险性评价等项目的立项过程和主体研究内容，结合近20余年大地震现场地表破裂带的科学考察成果，阐述了强噪声弱信号条件下隐伏活动断层探测定位技术、断层活动性定量鉴定技术、地震危害性评价理论与方法、全过程多源数据管理技术和活动断层探测技术标准体系建设等多方面取得的显著进展；提出了青藏高原隆升变形动力学新模型、活动断层级联破裂机理与大地震成因理论、地震局部化破裂特征与避让理论和高震级地震地质判识标志及其在高震级地震危险区划分中应用等，形成了活动断层滑动习性与避让、震害预防和地震监测预测的新理论、新方法和新理念，并对活动断层探测和研究中活动性定量参数不确定性、相邻段落级联破裂条件与特大地震震级预测、地震地质标志定量化演化特征、基于三维活动断层模型的强震动模拟与地震灾害预测、重大工程跨活动断层的抗断等亟需解决的科学问题和技术难题进行了讨论；最后指出我国需要继续加强活动断层探测与填图工作及其成果的管理，保持城市活动断层探测和大比例尺填图以及深浅构造关系勘探等方面的国际领先优势，引领国际震害预防和有物理意义地震监测预报发展方向。

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煤田地质与勘探

2023年第12期

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活动构造研究的关键环节与发展趋势

作者(Author)：袁道阳, 王有林, 李树武, 王万合, 李林元, 邹小波, 文亚猛

摘要：在简要介绍中国活动构造基本特征的基础上，分析了21世纪以来中国大陆7级以上大地震活动出现的2个新特点：一是大地震主要沿青藏地块区的巴颜喀拉活动地块边界断裂带丛集发生；二是在活动盆地内部或盆山交界地带发生了多次逆断裂–褶皱型地震。面对新的地震活动特点以及工程建设和社会公众对防灾减灾的新需求，分析了活动构造研究中的一些关键环节或研究薄弱领域，探讨了进一步加强相关研究的发展方向和技术途径。一是要注重活动构造研究自身的理论提升与应用实践，包括活动断裂几何学的精细研究，注重断裂活动习性与破裂分段性相结合的运动学研究，切实加强古地震探槽和断错微地貌的互补性研究，更为重要的是应切实加强活动构造研究与构造地貌、地球物理勘探、地壳形变、地震学等相关学科的交叉融合与应用实践。二是强化区域活动构造研究与大震丛集迁移规律和动力学机制的认识，提升对活动块体及其边界断裂带强震构造活动的整体认识。认真梳理和分析我国各活动地块区发生丛集地震各自的孕震构造环境和发震机制，综合历史地震和古地震详细研究结果，识别可能存在地震丛集活动的活动构造带或地震构造区，为巴颜喀拉活动块体大地震主体活动区结束之后可能的迁移地区将面对的大震灾害风险做好科技支撑。三是关注逆断裂–褶皱型地震构造研究等薄弱环节。除采用传统的活动构造研究技术之外，应结合构造地貌学开展地表地貌变形特征研究，以及开展深部地震构造探测和地震学研究等，以获取其深部结构构造特征，综合分析其深浅构造关系、构建变形模式和讨论发震机制等。重点关注上述关键技术环节和未来发展趋势，为活动构造深入研究和防灾减灾提供参考依据。

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煤田地质与勘探

2023年第12期

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煤层自燃区隐蔽火源的综合地球物理探测应用

作者(Author)：马子钧, 杨海燕, 李文宇, 许云磊, 赫云兰, 刘卓明, 李鹏, 黄赳

摘要：煤自燃灾害是影响我国许多矿区发展的因素之一，带来严重的资源损失和环境污染。隐蔽火源定位及其分布范围识别是煤矿企业制定预防和治理措施的重要依据，也是煤火灾害领域内的研究热点和难点。合适的通风供氧通道是煤层自燃的必备条件，当煤体的氧化放热速率超过散热速率时，煤体温度不断上升直至引起煤层自燃，因此，找准火区燃烧中心并确定烧空区和垮落带是煤火探测的主要任务。以内蒙古乌海市公乌素露天矿为研究对象，在煤层电阻率与温度关联分析的基础上，采用地质雷达和圆锥型瞬变电磁法开展了着火点及分布范围探测，结合地面冒烟区位置获得了火区地下通道的地球物理特征，进而确定了研究区着火通道的分布范围。研究结果表明：原岩区和烧结区的物性稳定性较为连续，其顶界面在雷达影像中呈现出较为明显的反射同相轴，在圆锥型瞬变电磁成果中则体现为横向连续的电阻率分布。地下隐蔽着火通道由孔洞裂隙发育、岩体破碎等因素造成，在地质雷达剖面中反映为同相回波弱且不连续，在瞬变电磁拟断面中出现电阻率等值线在横向上下凹或错段。测线方向上高程落差不同处视电阻率范围不同，需要在测区整体电性规律的基础上，分区研究测线局部范围内的物性变化，以界定原岩中物探异常的分布规律。综合圆锥型瞬变电磁和地质雷达两种方法，可对潜在自燃着火点位置及着火范围进行有效识别，为着火区范围的圈定以及着火规律的分析提供依据。

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煤田地质与勘探

2023年第12期

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矿井地质动力环境评价方法与冲击地压矿井类型划分研究

作者(Author)：兰天伟, 张志佳, 袁永年, 韩军, 刘洪泉, 张俊杰, 张宏伟, 罗波远, 刘铭玮

摘要：冲击地压等矿井动力灾害的发生受多因素影响，是自然地质动力环境条件和开采工程扰动条件耦合作用的结果。冲击地压发生的时间、空间、强度等特征与矿井所处区域地质动力环境有关，由于不同煤田、不同矿区、不同矿井所处的区域地质动力环境存在差异性，致使有些煤矿不具备发生冲击地压的地质动力环境条件，而有些煤矿发生冲击地压的类型也不同。提出矿井地质动力环境评价方法，并构建评价指标体系。在地质动力环境研究中，主要考虑自然地质条件下外部地质体的动力作用对冲击地压的影响效应，确定构造凹地反差强度、矿井区域断块构造运动、断裂构造、构造应力、开采深度、上覆岩层结构特征、本区及邻区判据条件等影响因素为评价指标，根据各因素对矿井的影响程度情况，给出每个因素的不同量化评价值。综合量化评价结果，判定矿井是否具有发生冲击地压的地质动力环境：(1) 当综合评价指标值n为0~0.25，表明矿井不具备冲击地压发生的地质动力环境；(2) 当综合评价指标值n为>0.25~0.50，矿井具有弱冲击地压发生的地质动力环境；(3) 当综合评价指标值n为>0.50~0.75，矿井具有中等冲击地压发生的地质动力环境；(4) 当综合评价指标值n为>0.75~1.00，矿井具有强冲击地压发生的地质动力环境。依据矿井地质动力环境评价指标，揭示矿井工程地质体内冲击地压产生的地质动力环境和能量条件，进而确定冲击地压矿井类型，属于非冲击地压矿井、冲击地压矿井和严重冲击地压矿井。最后，以绥滨坳陷盆地边缘双鸭山−集贤煤田为例，分析双鸭山矿区集贤煤矿的地质动力环境，确定集贤煤矿地质动力环境综合评价指标值n为0.67，矿井具有中等地质动力环境，类型属于冲击地压矿井。研究成果验证了地质动力环境是矿井产生冲击地压等动力灾害的重要性因素和能量基础条件。

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煤田地质与勘探

2023年第02期

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电磁法在煤矿水害隐患探测方面的综述

作者(Author)：张继锋, 孙乃泉, 刘最亮, 戚志鹏

摘要：煤矿水害是安全生产的重大隐患，如何精准探测隐蔽致灾体是解决这些隐患的前提。电磁法对低阻体反映灵敏，方法类型多样，适应性强，是探测富水致灾体的有效方法之一。传统的地面电磁方法包括可控源音频大地电磁法和回线源瞬变电磁法，在煤矿隐蔽致灾体探测方面发挥了重要作用。随着新技术的不断发展，近源电磁勘探方法得到了快速发展，包括广域电磁法和短偏移距瞬变电磁法，提高了勘探效率和信噪比，拓宽了观测区域。地空电磁法是新发展起来一种大功率快速勘探方式，具备航空电磁法快速采集和地面电磁法大功率发射两个优势，特别适合于复杂地形条件的煤矿灾害隐患探测。分析了煤矿典型致灾体的形成机理、时空分布及物性特征，其中，隐蔽型导水构造是造成煤矿安全隐患的重要因素，需要重点关注；回顾了各种电磁方法的主要特征、适用性以及在煤矿水害探测中的应用现状，总结了不同方法的技术参数和观测模式等，为相关技术人员从事煤矿灾害隐患探测提供了参考；最后对煤矿电磁法发展进行了展望：广域电磁法和短偏移距瞬变电磁法等近源电磁勘探方法将会在煤矿勘探中进一步扩大应用；三维反演技术和基于深度学习的神经网络反演算法等将是未来电磁法的主要发展方向；地空电磁勘探会快速发展，有取代传统地面电磁法勘探的趋势。

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煤田地质与勘探

2023年第02期

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矿井水灾害:原因·对策·出路

作者(Author)：尹尚先, 王玉国, 李文生

摘要：进入新世纪,煤炭行业经过十年黄金期高速发展,煤炭产量稳定在目前的45亿t左右。煤矿安全形势总体向好,事故由多发、频发甚至群发,重特大事故时有发生,到单发、偶发,特别重大事故得到有效遏制;矿井水灾害仍为我国煤矿的主要灾害类型,是仅次于瓦斯灾害的第二大杀手。分析表明,客观上开采环境复杂以及主观上重视不够,是事故发生的主要原因;井田水文地质条件勘查、隐患探查治理、突水征兆辨识等“三道关”失守,是事故发生的主要技术原因。相应提出了依规勘查查清条件、照章探放消除隐患、异常辨识及时撤人3项过“三道关”技术措施,规范了“查疑、设计、施工、评价”超前探放水工作流程,强调了勘查理论技术体系和防治水工作体系及其各环节的新进展以及智能精准感知辨识技术为“守关”的科技支撑作用。展望未来,深度学习、智能感知及升尺度方法等理论探索,“三维透明地质体”及其属性探测技术的突破,是解决地质体的随机性、流体的时变性和采矿的动态性的根本出路,可实现我国矿井水可防可控的终极目标。

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煤田地质与勘探

2023年第01期

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