深部礦井復(fù)合型煤巖瓦斯動力災(zāi)害防治理論與技術(shù)

內(nèi)容概要

　　本書以撫順老虎臺井田為主要研究基地和工程背景，針對深部開采現(xiàn)今構(gòu)造應(yīng)力場、殘余構(gòu)造應(yīng)力場、巖體自重應(yīng)力場、采動應(yīng)力場和瓦斯與水等流體應(yīng)力場耦合作用下發(fā)生的沖擊地壓、礦震、煤與瓦斯突出、瓦斯異常涌出和透水等多災(zāi)種復(fù)合型災(zāi)害，應(yīng)用多學(xué)科交叉滲透的理論、方法與技術(shù)，探索災(zāi)害形成的機(jī)理，研究區(qū)域與局部危險性預(yù)測和綜合防治技術(shù)，收到了良好的防災(zāi)減災(zāi)效果。
　　本書內(nèi)容豐富、資料翔實(shí)、理論性和實(shí)用性強(qiáng)，可供煤礦開采、地質(zhì)、安全等專業(yè)科研、教學(xué)和工程技術(shù)人員參閱。

作者簡介

孫學(xué)會，男，漢族，遼寧省撫順人，1952年5月出生。1976年畢業(yè)于阜新礦業(yè)學(xué)院。教授研究員級高級工程師，享受國務(wù)院政府特殊津貼，現(xiàn)任撫順礦業(yè)集團(tuán)公司總工程師。30多年來始終工作在煤炭生產(chǎn)一線，具有扎實(shí)的專業(yè)技術(shù)理論和豐富的實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)及處理復(fù)雜技術(shù)難題的綜合能力，特別是近些年來針對撫順特厚煤層開采中存在的水、火、瓦斯、煤塵、煤與瓦斯突出、沖擊地壓威脅的實(shí)際情況，組織科技攻關(guān)，先后完成了20余項(xiàng)科研項(xiàng)目，并獲國家、省(部)和市獎勵。其中獲國家科技進(jìn)步二等獎1項(xiàng)，煤炭科學(xué)技術(shù)一等獎1項(xiàng)，國家安全生產(chǎn)科技成果一等獎3項(xiàng)、三等獎1項(xiàng)，遼寧省科技進(jìn)步二等獎2項(xiàng)、三等獎3項(xiàng)，全國煤炭工業(yè)十大科技成果獎4項(xiàng)，撫順市科技進(jìn)步一等獎6項(xiàng)、二等獎4項(xiàng)，日本“伊木賞”獎1項(xiàng)。發(fā)表論文多篇，出版著作2部，取得了十分顯著的安全、技術(shù)、經(jīng)濟(jì)、社會等綜合效益，多次被聘為多個社會團(tuán)體、專業(yè)組織和政府的各種兼職職務(wù)，在本專業(yè)和學(xué)術(shù)領(lǐng)域內(nèi)有著較高的聲望。李鐵，男，漢族，天津人，1961年5月出生。1982年畢業(yè)于長春地質(zhì)學(xué)院，獲學(xué)士學(xué)位。2007年畢業(yè)于北京科技大學(xué)，獲博士學(xué)位。享受國務(wù)院政府特殊津貼?，F(xiàn)任北京科技大學(xué)研究員，研究生導(dǎo)師。從事土木工程和防災(zāi)減災(zāi)工程與防護(hù)工程的科研和教學(xué)工作。主要研究方向?yàn)榈V山煤巖瓦斯動力災(zāi)害機(jī)理、危險性預(yù)測和防治，礦山應(yīng)用地震學(xué)，地下巖石工程穩(wěn)定性，巖土工程，工程地震，GIS開發(fā)應(yīng)用等。近十年參加和主持國家高技術(shù)發(fā)展研究計劃(863計劃)項(xiàng)目、國家“十五”防震減災(zāi)重點(diǎn)項(xiàng)目、國家自然科學(xué)基金項(xiàng)目、科技部科研院所社會公益項(xiàng)目、省級自然科學(xué)基金、省級科學(xué)技術(shù)計劃項(xiàng)目和產(chǎn)學(xué)研合作項(xiàng)目30余項(xiàng)。獲國家科技進(jìn)步二等獎1項(xiàng)，省部級科技進(jìn)步獎3項(xiàng)。近年來以第一作者身份發(fā)表SCI、EI收錄學(xué)術(shù)論文15篇，出版專著1部。

書籍目錄

《巖石力學(xué)與工程研究著作叢書》序
《巖石力學(xué)與工程研究著作叢書》編者的話
前言
第1章 緒論
第2章 試驗(yàn)研究礦區(qū)與礦井概況
2.1 撫順礦區(qū)概況
2.1.1 礦區(qū)地理位置
2.1.2 煤田地質(zhì)
2.1.3 煤層
2.1.4 開采簡史
2.1.5 采煤方法演變
2.1.6 開采衍生的主要工程災(zāi)害
2.1.7 煤層瓦斯抽放
2.1.8 礦井瓦斯利用
2.1.9 采礦地球物理科學(xué)觀測系統(tǒng)
2.2 老虎臺礦井概況
2.2.1 礦井位置與范圍
2.2.2 煤炭生產(chǎn)沿革
2.2.3 開采煤層及煤質(zhì)
2.2.4 礦山災(zāi)害防治體系
第3章 孕育和發(fā)生復(fù)合型動力災(zāi)害的基本環(huán)境及條件
3.1 地質(zhì)構(gòu)造及應(yīng)力場
3.1.1 區(qū)域地質(zhì)構(gòu)造及地應(yīng)力場
3.1.2 撫順煤田暨老虎臺井田主要地質(zhì)構(gòu)造及應(yīng)力場
3.2 區(qū)域現(xiàn)今構(gòu)造應(yīng)力場活動性及其對撫順煤田局部應(yīng)力場的調(diào)制作用
3.2.1 東北區(qū)域現(xiàn)今構(gòu)造應(yīng)力場活動性
3.2.2 遼東梨形地質(zhì)單元的現(xiàn)今構(gòu)造應(yīng)力場活動性
3.2.3 遼東梨形地質(zhì)單元內(nèi)現(xiàn)今構(gòu)造應(yīng)力場對撫順煤田的作用
3.2.4 東北區(qū)域現(xiàn)今構(gòu)造應(yīng)力場對撫順煤田應(yīng)力場的調(diào)制作用
3.2.5 現(xiàn)今構(gòu)造運(yùn)動對撫順煤田停采礦井的調(diào)制作用
3.2.6 撫順煤田孕育發(fā)生礦震的動力來源
3.3 地殼介質(zhì)
3.3.1 遼東梨形地質(zhì)單元
3.3.2 老虎臺井田地層及巖石力學(xué)基本性質(zhì)
3.4 瓦斯賦存與礦井瓦斯涌出規(guī)律
3.4.1 煤層瓦斯生成
3.4.2 瓦斯賦存
3.4.3 瓦斯涌出一般規(guī)律及影響因素
3.4.4 綜放開采瓦斯涌出特征
3.4.5 瓦斯梯度
3.4.6 瓦斯壓力
3.5 瓦斯地質(zhì)
3.5.1 煤系地層形成的地質(zhì)條件
3.5.2 構(gòu)造煤
3.5.3 地質(zhì)構(gòu)造對瓦斯賦存的控制
3.5.4 構(gòu)造帶瓦斯賦存規(guī)律
3.5.5 頂、底板巖性對瓦斯賦存的影響
3.5.6 煤層上覆巖層厚度對瓦斯賦存的影響
3.6 水文地質(zhì)
3.6.1 主要含、隔水層
3.6.2 地表水
3.6.3 井下自然涌水
3.7 礦井開拓部署與采煤方法
3.7.1 礦井開拓部署
3.7.2 采煤方法
3.8 小結(jié)
第4章 深井煤礦動力災(zāi)害間的復(fù)合作用
4.1 強(qiáng)礦震和沖擊地壓與瓦斯的復(fù)合作用
4.1.1 震源定位觀察到的礦震與瓦斯的復(fù)合作用
4.1.2 遠(yuǎn)場礦震和沖擊地壓與瓦斯復(fù)合作用的現(xiàn)場調(diào)查
4.1.3 瓦斯連續(xù)監(jiān)測與礦震和沖擊地壓對比分析
4.1.4 架間取樣瓦斯?jié)舛扰c沖擊地壓(礦震)對比分析
4.1.5 沖擊地壓復(fù)合的瓦斯爆炸
4.2 強(qiáng)礦震與沖擊地壓的復(fù)合作用
4.3 強(qiáng)礦震和沖擊地壓復(fù)合的次生粉塵災(zāi)害
4.4 透水災(zāi)害復(fù)合的次生瓦斯災(zāi)害
4.5 甚遠(yuǎn)場強(qiáng)烈地震能量的復(fù)合作用
4.6 小結(jié)
第5章 開采動力響應(yīng)的特征深度及工程意義
5.1 沖擊地壓發(fā)生的初始深度
5.2 頂板破裂上限臨界深度
5.3 底板破裂下限臨界影響深度
5.4 強(qiáng)礦震和沖擊地壓與瓦斯復(fù)合作用的特征深度
5.5 深部開采臨界深度的定量判定方法及復(fù)合型災(zāi)害主因
5.5.1 采動巖體“視本構(gòu)關(guān)系”及其反映出的巖體力學(xué)行為
5.5.2 巖體破裂的分形幾何學(xué)特征及其反映出的巖石力學(xué)行為
5.5.3 沖擊地壓和礦震與瓦斯復(fù)合型動力現(xiàn)象的顯著臨界深度
5.5.4 老虎臺井田深部開采臨界深度的定量認(rèn)識和復(fù)合型災(zāi)害主因
5.6 小結(jié)
第6章 井田尺度采動應(yīng)力釋放規(guī)律及工程應(yīng)用
6.1 關(guān)于巖體破裂源力學(xué)機(jī)制
6.2 礦震震源機(jī)制研究方法
6.3 區(qū)域地震震源機(jī)制特征及現(xiàn)今構(gòu)造應(yīng)力場反演
6.3.1 區(qū)域強(qiáng)地震震源機(jī)制解
6.3.2 區(qū)域小震綜合斷層面解
6.3.3 區(qū)域現(xiàn)今構(gòu)造應(yīng)力場反演
6.4 老虎臺井田礦震震源機(jī)制解
6.4.1 強(qiáng)礦震震源機(jī)制總體特征
6.4.2 礦震的強(qiáng)制逆沖震源機(jī)制
6.4.3 礦震震源機(jī)制解的工程應(yīng)用
6.5 小結(jié)
第7章 煤巖瓦斯復(fù)合型動力災(zāi)害的力學(xué)機(jī)制
7.1 發(fā)生復(fù)合型煤與瓦斯動力災(zāi)害的基本條件
7.1.1 瓦斯內(nèi)能條件
7.1.2 外部流人動力條件
7.1.3 初始發(fā)生的巖體本構(gòu)關(guān)系條件
7.2 沖擊地壓和煤與瓦斯突出相互作用復(fù)合型災(zāi)害的成災(zāi)模式
7.2.1 煤層超載閉氣—內(nèi)裂—瓦斯解吸與沖擊動力復(fù)合破裂模式
7.2.2 近場沖擊震動誘導(dǎo)煤與瓦斯系統(tǒng)崩潰模式
7.2.3 開挖卸荷下儲氣構(gòu)造爆裂模式
7.2.4 沖擊震動作用下疏通采空區(qū)瓦斯溢出通道模式
7.2.5 含瓦斯煤巖大規(guī)模非沖擊震動破裂模式
7.3 復(fù)合型煤巖瓦斯動力災(zāi)害的類型
7.3.1 頂、底煤沖擊復(fù)合型煤與瓦斯動力災(zāi)害
7.3.2 近場沖擊震動復(fù)合型煤與瓦斯動力災(zāi)害
7.3.3 儲氣構(gòu)造卸荷爆裂復(fù)合型煤與瓦斯動力災(zāi)害
7.3.4 遠(yuǎn)場強(qiáng)礦震誘發(fā)復(fù)合型沖擊地壓和煤與瓦斯動力災(zāi)害
7.3.5 含瓦斯煤巖非沖擊震動破裂復(fù)合型煤與瓦斯動力災(zāi)害
7.3.6 遠(yuǎn)場地震誘發(fā)復(fù)合型強(qiáng)礦震和沖擊地壓災(zāi)害
7.4 小結(jié)
第8章 透水及次生瓦斯災(zāi)害的成因機(jī)理分析
8.1 成災(zāi)工作面與微地震觀測設(shè)備概況
8.2 “3.10”透水事故的主要疑點(diǎn)
8.3 透水過程井田地球物理場的觀測與分析
8.3.1 礦震時域分布指示的透水災(zāi)害過程
8.3.2 彈性波震動卓越頻率異常指示的透水災(zāi)害成災(zāi)過程
8.3.3 礦震彈性波波形異常指示的透水災(zāi)害成災(zāi)過程
8.3.4 礦震彈性波速度異常指示的透水災(zāi)害成災(zāi)過程
8.3.5 礦震彈性波振幅異常指示的透水災(zāi)害成災(zāi)過程
8.3.6 綜合礦井地球物理信息指示的透水災(zāi)害成災(zāi)過程
8.4 透水水源構(gòu)成的同位素測試分析
8.5 成災(zāi)增量水體的形成及滲入條件
8.6 透水災(zāi)害復(fù)合的瓦斯異常涌出
8.7 透水及復(fù)合瓦斯災(zāi)害的成災(zāi)過程及成因機(jī)理
8.8 小結(jié)
第9章 復(fù)合型煤巖瓦斯動力災(zāi)害危險性評價預(yù)測及防治
9.1 采動巖體彈性能釋放總體趨勢評價技術(shù)
9.1.1 考慮地應(yīng)力強(qiáng)度效應(yīng)的g—r自相似關(guān)系法
9.1.2 采動巖體彈性能釋放的數(shù)學(xué)模型法
9.1.3 采動巖體彈性能釋放總體趨勢評價結(jié)果
9.2 強(qiáng)礦震短期危險性預(yù)測技術(shù)
9.2.1 巖體破裂彈性波傳播速度比(vf／vs)預(yù)測方法
9.2.2 巖體破裂質(zhì)點(diǎn)振動振幅比(as／ap)預(yù)測方法
9.2.3 基于巖體加卸載響應(yīng)原理的預(yù)測方法
9.2.4 強(qiáng)礦震短期危險性預(yù)測技術(shù)的結(jié)論與討論
9.3 深部采空區(qū)不明水體蓄積成災(zāi)的預(yù)警技術(shù)思路
9.4 復(fù)合型煤巖瓦斯動力災(zāi)害危險性判定
9.4.1 區(qū)域危險性評價與預(yù)測指標(biāo)體系
9.4.2 局部危險性預(yù)測指標(biāo)體系
9.5 小結(jié)
第10章 復(fù)合型煤巖瓦斯動力災(zāi)害防治技術(shù)
10.1 復(fù)合型煤巖瓦斯動力災(zāi)害防治的能量理論
10.1.1 統(tǒng)一的災(zāi)害發(fā)生能量理論假說
10.1.2 統(tǒng)一的災(zāi)害能量積累和釋放因果關(guān)系
10.1.3 統(tǒng)一的能量積累和釋放的材料與應(yīng)力相互作用機(jī)制
10.2 基于能量理論的防治技術(shù)途徑
10.3 復(fù)合型煤巖瓦斯動力災(zāi)害綜合一體化防治
10.3.1 區(qū)域防治
10.3.2 局部防治
10.3.3 預(yù)測效檢與預(yù)警
10.3.4 防治效果
10.4 小結(jié)
第11章 老虎臺井田復(fù)合型煤巖瓦斯動力災(zāi)害防治的總體認(rèn)識
參考文獻(xiàn)
彩圖

章節(jié)摘錄

版權(quán)頁：插圖：（1）撫順礦業(yè)集團(tuán)有限責(zé)任公司老虎臺礦，地表海拔高程80～100m，井工開采的第一個正式開采水平-225m（約300m垂深），最后一個開采水平-830m。屬沖擊地壓、強(qiáng)礦震、煤與瓦斯突出、水、粉塵和火等災(zāi)害并存的難采礦井。歷史上沖擊地壓和煤與瓦斯突出災(zāi)害在全國都曾處于最嚴(yán)重程度。（2）老虎臺井田處于現(xiàn)今構(gòu)造運(yùn)動強(qiáng)度相對較弱和穩(wěn)定的獨(dú)立地質(zhì)單元——“遼東梨形地質(zhì)單元”，受區(qū)域NNW和NEE向水平壓應(yīng)力聯(lián)合作用。采動巖體彈性能（礦震）釋放的動力來源，主要是巖石自重應(yīng)力、殘余構(gòu)造應(yīng)力和采動附加應(yīng)力。-630m水平以淺采區(qū)未見受區(qū)域現(xiàn)今構(gòu)造應(yīng)力場的長周期調(diào)制作用。-630m水平以深采區(qū)可見受海城和琿春地震應(yīng)力場的系統(tǒng)性長周期同步調(diào)制，對外部流人能量響應(yīng)的敏感性增強(qiáng)。-430m水平以深采區(qū)，受海城和琿春震區(qū)M>5.9 級強(qiáng)地震的短時“一過性”影響，在10數(shù)天內(nèi)可誘發(fā)一（組）次較強(qiáng)礦震或沖擊地壓。（3）老虎臺井田主采煤層頂板為巨厚油母頁巖、泥頁巖和頁巖，質(zhì)地較軟、強(qiáng)度不高，遇水易于軟化和泥化，屬柔軟型頂板地層結(jié)構(gòu)，直接頂和基本頂不易積累較強(qiáng)的彈性能，周期來壓不顯著，但其巨厚巖層的整體破斷和位錯可釋放較強(qiáng)彈性能。煤層地質(zhì)時代為古近紀(jì)，成煤變質(zhì)作用時間較短，煤體強(qiáng)度不高，但脆性大，絕大部分煤體具強(qiáng)沖擊傾向性，附加應(yīng)力不甚高即可能發(fā)生非穩(wěn)定破裂失穩(wěn)，發(fā)生沖擊地壓。底板大部分為厚層花崗片麻巖和玄武巖，硬度大、強(qiáng)度高，易于積累較強(qiáng)的彈性能；少量凝灰?guī)r，遇水易于軟化和泥化，沖擊傾向性較低。

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《深部礦井復(fù)合型煤巖瓦斯動力災(zāi)害防治理論與技術(shù)》是巖石力學(xué)與工程研究著作叢書之一。

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