本書針對我國典型煤礦深部高強度開采條件，以采動圍巖體的強烈卸荷效應為主線，明晰了煤層、頂?shù)装鍘r體和承壓水等整體力學平衡體系的聯(lián)動關(guān)系，揭示了底板巖體壓剪、卸荷破裂與基本頂結(jié)構(gòu)失穩(wěn)的聯(lián)動機理，明確了深部開采底板卸荷破裂的觸矸效應；界定了基本頂結(jié)構(gòu)失穩(wěn)作用下底板巖體的應力?滲流分區(qū)，研究了其分區(qū)破裂演化及分形幾何特征；建立了深部開采底板巖體卸荷破裂模型，確立了底板巖體卸荷破裂的災變機理，細化了深部開采底板巖體卸荷破裂分區(qū)并評價了其強擾動危險性，系統(tǒng)構(gòu)建實施了應力卸荷?滲流調(diào)控及注漿改造協(xié)同的深部開采底板應力卸荷分區(qū)分級防控關(guān)鍵技術(shù)，從而為我國深部煤炭資源安全高效開采提供了理論依據(jù)和技術(shù)支撐。

經(jīng)過長期大規(guī)模開發(fā)，作為我國主體能源的煤炭資源開采深度平均已達700m，在煤炭消費主力的山東、河北、河南、安徽、東北等中東部地區(qū)主要礦井開采深度已超過800m，超千米采深礦井已達50余座，最大開采深度已超1500m。據(jù)預測，我國埋深1000m以深的煤炭資源預測儲量約為2.95萬億t，占中國煤炭地質(zhì)總局第三次全國煤田預測資源總量的53%；僅華北型煤田東部山東、河北、河南、安徽、江蘇、江西和山西七省埋深在1000～1500m的預測資源量便達2494.11億t。由此可預見，未來我國煤炭資源開采將不斷向深部延伸，尤其在煤炭消費量最大的中東部地區(qū)千米或超千米深部煤炭資源開采將逐漸趨于常態(tài)，從而為保障我國國民經(jīng)濟和社會發(fā)展提供堅強后盾。

而我國中東部地區(qū)的煤田也是受地下水害威脅最嚴重的煤田區(qū)域之一，尤其華北型煤田55% 以上的礦井受底板突水威脅。與淺部區(qū)域地質(zhì)力學環(huán)境不同，中東部地區(qū)深部煤炭資源賦存條件極其復雜，并面臨由淺部低地應力向深部高地應力轉(zhuǎn)變、由淺部低巖溶裂隙水壓向深部高巖溶裂隙水壓轉(zhuǎn)變、由淺部簡單裂隙結(jié)構(gòu)向深部復雜甚至極復雜結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)變、由淺部開采單一災害種類向深部開采多災害鏈轉(zhuǎn)變的問題。同時，在采高、采寬及回采速度增加形成的大規(guī)模、高強度開采擾動作用下，經(jīng)歷高強度應力集中峰值的采動圍巖在煤層開采后將形成強烈的卸荷效應，尤其在采動煤層、頂?shù)装鍘r體和承壓水等整體力學平衡體系下，底板高承壓水將與頂板劇烈來壓、高能級礦震等災害聯(lián)動，高采動應力卸荷驅(qū)動底板巖體破裂、滲流，甚至失穩(wěn)，導致深部開采底板突水災害頻發(fā)，成為制約深部煤炭安全高效開采的難題。

深部開采底板卸荷破裂力學與防控技術(shù)路線

地震雷達實測圖像

本書主要內(nèi)容

第1章

詳細闡述我國深部開采的擾動致災特點，梳理深部開采底板破裂行為及控制研究進展，提出深部開采底板卸荷面臨的科學與技術(shù)問題及解決方法。

第2章

針對華北型煤田典型深部礦井，應用微震監(jiān)測系統(tǒng)獲取深部開采底板巖體卸荷破裂的時空分布特征，從實測角度證實底板卸荷破裂突水行為與基本頂失穩(wěn)的聯(lián)動關(guān)系。

第3章

理論分析深部開采底板破裂力源，研究深部開采頂?shù)装鍘r體初次失穩(wěn)、周期失穩(wěn)的聯(lián)動機制，確定基本頂失穩(wěn)下底板沖擊載荷的計算方法。

第4章

應用離散元數(shù)值軟件3DEC模擬不同采深及擾動強度下頂?shù)装宄醮问Х€(wěn)、周期失穩(wěn)的聯(lián)動特征，獲得其底板應力和位移的聯(lián)動變化規(guī)律。

第5章

建立深部開采底板巖體的分區(qū)破裂模型，研究深部巖體的加卸荷破裂力學特性，獲得底板巖體裂隙的分區(qū)破裂演化規(guī)律，并進行地質(zhì)雷達探測驗證。

第6章

應用相似模型實驗研究深部開采過程中底板巖體的動態(tài)破裂規(guī)律，獲得底板巖體裂隙的擴展破裂模式及分形幾何特征。

第7章

建立深部開采底板巖體卸荷破裂模型，確立底板巖體卸荷破裂的災變機理，細化深部開采底板巖體卸荷破裂分區(qū)并評價其強擾動危險性。

第8章

應用綜合物探技術(shù)對深部開采底板的破裂結(jié)構(gòu)開展分區(qū)辨識解析和風險評價，構(gòu)建地面與井下、靜態(tài)探查與動態(tài)監(jiān)測相結(jié)合的深部開采底板卸荷破裂分區(qū)評價與監(jiān)測預警技術(shù)。

第9章

根據(jù)深部開采底板與頂板的聯(lián)動破裂及其分區(qū)破裂演化與卸荷破裂致災機理，系統(tǒng)構(gòu)建實施應力卸荷?滲流調(diào)控及注漿改造協(xié)同的深部開采底板應力卸荷分區(qū)分級防控關(guān)鍵技術(shù)。

第10章

創(chuàng)新點和展望，提出所開展研究的主要創(chuàng)新點，并對未來所研究內(nèi)容進行展望。

本書可供采礦工程、安全工程、地質(zhì)工程、礦山巖體力學、工程力學和巖土工程等專業(yè)，以及從事煤炭深部開采、礦山壓力、底板突水等領(lǐng)域的科研人員、現(xiàn)場工程技術(shù)人員和高等院校師生參考。

本文摘編自《深部開采底板卸荷破裂力學與防控實踐》（李春元 左建平 著. 北京：科學出版社，2024.11）一書“前言”，有刪減修改，標題為編者所加。

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