深部礦井復合型煤巖瓦斯動力災害防治理論與技術

內容概要

　　本書以撫順老虎臺井田為主要研究基地和工程背景，針對深部開采現今構造應力場、殘余構造應力場、巖體自重應力場、采動應力場和瓦斯與水等流體應力場耦合作用下發(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種復合型災害，應用多學科交叉滲透的理論、方法與技術，探索災害形成的機理，研究區(qū)域與局部危險性預測和綜合防治技術，收到了良好的防災減災效果。
　　本書內容豐富、資料翔實、理論性和實用性強，可供煤礦開采、地質、安全等專業(yè)科研、教學和工程技術人員參閱。

作者簡介

孫學會，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)學院。教授研究員級高級工程師，享受國務院政府特殊津貼，現任撫順礦業(yè)集團公司總工程師。30多年來始終工作在煤炭生產一線，具有扎實的專業(yè)技術理論和豐富的實踐經驗及處理復雜技術難題的綜合能力，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、沖擊地壓威脅的實際情況，組織科技攻關，先后完成了20余項科研項目，并獲國家、省(部)和市獎勵。其中獲國家科技進步二等獎1項，煤炭科學技術一等獎1項，國家安全生產科技成果一等獎3項、三等獎1項，遼寧省科技進步二等獎2項、三等獎3項，全國煤炭工業(yè)十大科技成果獎4項，撫順市科技進步一等獎6項、二等獎4項，日本“伊木賞”獎1項。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、經濟、社會等綜合效益，多次被聘為多個社會團體、專業(yè)組織和政府的各種兼職職務，在本專業(yè)和學術領域內有著較高的聲望。李鐵，男，漢族，天津人，1961年5月出生。1982年畢業(yè)于長春地質學院，獲學士學位。2007年畢業(yè)于北京科技大學，獲博士學位。享受國務院政府特殊津貼。現任北京科技大學研究員，研究生導師。從事土木工程和防災減災工程與防護工程的科研和教學工作。主要研究方向為礦山煤巖瓦斯動力災害機理、危險性預測和防治，礦山應用地震學，地下巖石工程穩(wěn)定性，巖土工程，工程地震，GIS開發(fā)應用等。近十年參加和主持國家高技術發(fā)展研究計劃(863計劃)項目、國家“十五”防震減災重點項目、國家自然科學基金項目、科技部科研院所社會公益項目、省級自然科學基金、省級科學技術計劃項目和產學研合作項目30余項。獲國家科技進步二等獎1項，省部級科技進步獎3項。近年來以第一作者身份發(fā)表SCI、EI收錄學術論文15篇，出版專著1部。

書籍目錄

《巖石力學與工程研究著作叢書》序
《巖石力學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
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 采礦地球物理科學觀測系統
2.2 老虎臺礦井概況
2.2.1 礦井位置與范圍
2.2.2 煤炭生產沿革
2.2.3 開采煤層及煤質
2.2.4 礦山災害防治體系
第3章 孕育和發(fā)生復合型動力災害的基本環(huán)境及條件
3.1 地質構造及應力場
3.1.1 區(qū)域地質構造及地應力場
3.1.2 撫順煤田暨老虎臺井田主要地質構造及應力場
3.2 區(qū)域現今構造應力場活動性及其對撫順煤田局部應力場的調制作用
3.2.1 東北區(qū)域現今構造應力場活動性
3.2.2 遼東梨形地質單元的現今構造應力場活動性
3.2.3 遼東梨形地質單元內現今構造應力場對撫順煤田的作用
3.2.4 東北區(qū)域現今構造應力場對撫順煤田應力場的調制作用
3.2.5 現今構造運動對撫順煤田停采礦井的調制作用
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
3.3.1 遼東梨形地質單元
3.3.2 老虎臺井田地層及巖石力學基本性質
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
3.5.1 煤系地層形成的地質條件
3.5.2 構造煤
3.5.3 地質構造對瓦斯賦存的控制
3.5.4 構造帶瓦斯賦存規(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
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
第4章 深井煤礦動力災害間的復合作用
4.1 強礦震和沖擊地壓與瓦斯的復合作用
4.1.1 震源定位觀察到的礦震與瓦斯的復合作用
4.1.2 遠場礦震和沖擊地壓與瓦斯復合作用的現場調查
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 沖擊地壓復合的瓦斯爆炸
4.2 強礦震與沖擊地壓的復合作用
4.3 強礦震和沖擊地壓復合的次生粉塵災害
4.4 透水災害復合的次生瓦斯災害
4.5 甚遠場強烈地震能量的復合作用
4.6 小結
第5章 開采動力響應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 強礦震和沖擊地壓與瓦斯復合作用的特征深度
5.5 深部開采臨界深度的定量判定方法及復合型災害主因
5.5.1 采動巖體“視本構關系”及其反映出的巖體力學行為
5.5.2 巖體破裂的分形幾何學特征及其反映出的巖石力學行為
5.5.3 沖擊地壓和礦震與瓦斯復合型動力現象的顯著臨界深度
5.5.4 老虎臺井田深部開采臨界深度的定量認識和復合型災害主因
5.6 小結
第6章 井田尺度采動應力釋放規(guī)律及工程應用
6.1 關于巖體破裂源力學機制
6.2 礦震震源機制研究方法
6.3 區(qū)域地震震源機制特征及現今構造應力場反演
6.3.1 區(qū)域強地震震源機制解
6.3.2 區(qū)域小震綜合斷層面解
6.3.3 區(qū)域現今構造應力場反演
6.4 老虎臺井田礦震震源機制解
6.4.1 強礦震震源機制總體特征
6.4.2 礦震的強制逆沖震源機制
6.4.3 礦震震源機制解的工程應用
6.5 小結
第7章 煤巖瓦斯復合型動力災害的力學機制
7.1 發(fā)生復合型煤與瓦斯動力災害的基本條件
7.1.1 瓦斯內能條件
7.1.2 外部流人動力條件
7.1.3 初始發(fā)生的巖體本構關系條件
7.2 沖擊地壓和煤與瓦斯突出相互作用復合型災害的成災模式
7.2.1 煤層超載閉氣—內裂—瓦斯解吸與沖擊動力復合破裂模式
7.2.2 近場沖擊震動誘導煤與瓦斯系統崩潰模式
7.2.3 開挖卸荷下儲氣構造爆裂模式
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 復合型煤巖瓦斯動力災害的類型
7.3.1 頂、底煤沖擊復合型煤與瓦斯動力災害
7.3.2 近場沖擊震動復合型煤與瓦斯動力災害
7.3.3 儲氣構造卸荷爆裂復合型煤與瓦斯動力災害
7.3.4 遠場強礦震誘發(fā)復合型沖擊地壓和煤與瓦斯動力災害
7.3.5 含瓦斯煤巖非沖擊震動破裂復合型煤與瓦斯動力災害
7.3.6 遠場地震誘發(fā)復合型強礦震和沖擊地壓災害
7.4 小結
第8章 透水及次生瓦斯災害的成因機理分析
8.1 成災工作面與微地震觀測設備概況
8.2 “3.10”透水事故的主要疑點
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害過程
8.3.2 彈性波震動卓越頻率異常指示的透水災害成災過程
8.3.3 礦震彈性波波形異常指示的透水災害成災過程
8.3.4 礦震彈性波速度異常指示的透水災害成災過程
8.3.5 礦震彈性波振幅異常指示的透水災害成災過程
8.3.6 綜合礦井地球物理信息指示的透水災害成災過程
8.4 透水水源構成的同位素測試分析
8.5 成災增量水體的形成及滲入條件
8.6 透水災害復合的瓦斯異常涌出
8.7 透水及復合瓦斯災害的成災過程及成因機理
8.8 小結
第9章 復合型煤巖瓦斯動力災害危險性評價預測及防治
9.1 采動巖體彈性能釋放總體趨勢評價技術
9.1.1 考慮地應力強度效應的g—r自相似關系法
9.1.2 采動巖體彈性能釋放的數學模型法
9.1.3 采動巖體彈性能釋放總體趨勢評價結果
9.2 強礦震短期危險性預測技術
9.2.1 巖體破裂彈性波傳播速度比(vf／vs)預測方法
9.2.2 巖體破裂質點振動振幅比(as／ap)預測方法
9.2.3 基于巖體加卸載響應原理的預測方法
9.2.4 強礦震短期危險性預測技術的結論與討論
9.3 深部采空區(qū)不明水體蓄積成災的預警技術思路
9.4 復合型煤巖瓦斯動力災害危險性判定
9.4.1 區(qū)域危險性評價與預測指標體系
9.4.2 局部危險性預測指標體系
9.5 小結
第10章 復合型煤巖瓦斯動力災害防治技術
10.1 復合型煤巖瓦斯動力災害防治的能量理論
10.1.1 統一的災害發(fā)生能量理論假說
10.1.2 統一的災害能量積累和釋放因果關系
10.1.3 統一的能量積累和釋放的材料與應力相互作用機制
10.2 基于能量理論的防治技術途徑
10.3 復合型煤巖瓦斯動力災害綜合一體化防治
10.3.1 區(qū)域防治
10.3.2 局部防治
10.3.3 預測效檢與預警
10.3.4 防治效果
10.4 小結
第11章 老虎臺井田復合型煤巖瓦斯動力災害防治的總體認識
參考文獻
彩圖

章節(jié)摘錄

版權頁：插圖：（1）撫順礦業(yè)集團有限責任公司老虎臺礦，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、強礦震、煤與瓦斯突出、水、粉塵和火等災害并存的難采礦井。歷史上沖擊地壓和煤與瓦斯突出災害在全國都曾處于最嚴重程度。（2）老虎臺井田處于現今構造運動強度相對較弱和穩(wěn)定的獨立地質單元——“遼東梨形地質單元”，受區(qū)域NNW和NEE向水平壓應力聯合作用。采動巖體彈性能（礦震）釋放的動力來源，主要是巖石自重應力、殘余構造應力和采動附加應力。-630m水平以淺采區(qū)未見受區(qū)域現今構造應力場的長周期調制作用。-630m水平以深采區(qū)可見受海城和琿春地震應力場的系統性長周期同步調制，對外部流人能量響應的敏感性增強。-430m水平以深采區(qū)，受海城和琿春震區(qū)M>5.9 級強地震的短時“一過性”影響，在10數天內可誘發(fā)一（組）次較強礦震或沖擊地壓。（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，質地較軟、強度不高，遇水易于軟化和泥化，屬柔軟型頂板地層結構，直接頂和基本頂不易積累較強的彈性能，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彈性能。煤層地質時代為古近紀，成煤變質作用時間較短，煤體強度不高，但脆性大，絕大部分煤體具強沖擊傾向性，附加應力不甚高即可能發(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、強度高，易于積累較強的彈性能；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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《深部礦井復合型煤巖瓦斯動力災害防治理論與技術》是巖石力學與工程研究著作叢書之一。

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