峰峰矿区矿井突水分类及发生机理研究

在对峰峰矿区大量突水实例深入分析的基础上,根据隔水岩体初始特性即有无断层构造及其规模大小,将矿井突水分为完整隔水岩体突水、小断层破碎带突水及大断层突水三种类型。应用岩体变形与破裂机制和岩体水力学原理,对上述三种类型突水的发生机理进行研究,并讨论预防方法。     

岩溶地区隧道裂隙水突出力学机制研究

岩溶地下水是诱发隧道发生突（涌）水地质灾害的主导因素之一,岩溶裂隙水对隧道围岩的危害越来越成为岩溶地区隧道建设中的热点研究问题之一。基于目前岩溶裂隙水突出机制研究现状,运用岩溶地质学、工程水力学和断裂力学相关理论分析岩溶地区隧道水岩相互作用机制,探讨了水岩相互作用对岩溶地区隧道施工发生突（涌）水的影响,揭示岩溶地区隧道裂隙水突出前后过程的力学机制。研究表明：岩溶隧道裂隙水突出是裂隙岩体在岩溶水及水压的持续作用下受施工外力干扰发生劈裂的结果,岩溶水和水压在裂隙岩体突水破坏过程中的力学作用主要体现在4个方面,即突水蓄势期岩溶水对裂隙岩体的软化溶蚀作用、水压对裂隙岩体的劈裂作用,突水失稳期水流的冲刷扩径作用、水压对突水量的动力控制作用。基于上述分析,以断裂力学、弹塑性力学理论为基础,提出岩溶隧道岩溶裂隙水突出的最小岩石防突厚度概念,推导了其半解析解表达式,并为工程实例所验证,其结果可为高风险岩溶地区隧道突水理论与防治措施提供参考。     

隧道区岩体结构特征分析及量化

裂隙岩体独特的裂隙网络结构,控制了其内在的各种力学及水力学行为。因而对裂隙岩体网络结构特征的研究,成为对裂隙岩体水力学特性研究的基础。文章结合石太客运专线特长隧道（太行山隧道）分析了隧道区裂隙发育特征及地质构造对渗透性的影响,量化裂隙岩体结构特征,为准确地预测隧道涌、突水位置及水量提供了理论的依据。     

华北型煤田矿井突水灾害的防治

我国华北型煤田矿井中具有多层含水层，常发生底板突水事件，为了对突水灾害的防治，本文提出了切实可行的步骤，并利用水力学概念模型，研究了该类型矿井的突水量规律及其防治方法。     

矿山采掘岩体渗透变形灾变机理及防控Ⅱ:底板突水

矿山地下工程渗透变形破坏造成的典型灾害类型包括顶板突水溃砂、底板突水、防水闸墙与围岩界面渗透破坏等。本文从刘国昌先生对我国矿山水文地质工程地质学发展的奠基作用谈起,综述了矿山底板岩体渗透变形破坏突水灾害机理和防控技术进展。回顾了煤矿底板突水系数提出、改进和应用的历史,从底板渗透变形破坏产生的渗透力学机理重新阐释了突水系数的物理含义。基于底板岩体结构临界抗渗水力坡度建立了抗渗安全系数突水判别方法,其底板临界抗渗水力坡度可由半经验方法估算。在对底板突水评价方法演进分析的基础上,提出了底板危险源辨识和突水危险性动态评价方法。对底板突水灾变的主动防控措施的防控原理及效果评估方法进行了分析。最后,讨论了矿山底板渗透稳定性方面需要进一步深入研究的科学问题。     

范各庄矿12煤底板突水过程模拟分析

以范各庄煤矿水文地质条件为基础,建立了承压水上采煤的岩体水力学模型,应用岩石破裂过程渗流-应力耦合分析系统(RFPA2D-Flow)模拟分析了范各庄矿12煤层底板开采扰动下,裂隙形成、扩展到突水通道最终贯通形成突水的全过程。通过对损伤区分布、应力场和渗流场的演化分析,揭示了开采扰动及水压驱动下完整泥岩底板由隔水岩层到突水通道的演化过程,对突水通道进行了模拟定位,并对不同水压条件下含水砂岩层对底板突水的影响进行了分析。结果表明:12煤底板突水问题取决于含水砂岩中的水压力,在假设隔水层厚度不变时,水压力与突水系数呈正相关关系,随着水压的增大突水越易发生。该研究为12煤底板突水预测与防治提供了理论依据。      

高承压水上采煤工作面斜长的确定方法

根据岩体水力学理论及突水系数理论推导了确定工作面斜长的公式,并用此法确定了东庞矿910 3工作面的斜长为70m。实践证明此方法具有可靠性和可操作性。      

基于多元监测信息融合分析的突水灾害状态判识方法

突水灾变演化过程中伴随着防突结构内的岩土体的信息变化,通过对潜在突水通道围岩多物理场信息进行深度融合分析,揭示了多元信息的逻辑共生关系,建立了突水演化状态判识的理论方法。从岩体渐进破坏突水与充填结构失稳突水两种典型的突水相似模型试验入手,建立了多元监测信息与量化表征函数的关联性。基于主成分分析理论揭示了多参量间的逻辑共生关系,确定了围岩多物理场信息对突水灾害的影响权重,这为突水灾害监测设计与预警提供了理论依据。结合函数拟合曲线中表征函数变化趋势发生转变的极值点与驻点,建立了突水灾害演化状态综合判识方法,最终将两种突水类型的演化阶段划分为：平静期、发展期、突变期和灾后期,并提出了任意时刻下突水灾害发生概率的能量判别方法,该理论方法为隧道及地下工程突水灾害监测预警提供了参考。     

断层破碎带突水的时效特性研究

突水属重大地质灾害 ,一直引起人们的关注。本文认为突水瞬间表现一个综合效应下的瞬时地质事件。突水前表现一个与时间有关的地质作用过程。事件与过程都受多因素的影响 ,而且工程地质作用过程和突水瞬间与岩体由弹性变形 -阻尼变形 -常速流动变形 -加速流动变形相对应。突水具有时效特征。     

承压型隐伏溶洞突水灾变演化过程模型试验

岩溶隧址区强致灾性承压隐伏溶洞较为发育,为研究隧道开挖诱发隔水岩体破裂突水致灾机制,以利川至万州高速公路齐岳山隧道为工程背景,研制了流固耦合相似材料,提出了承压溶洞制备新工艺,自主研发了大型隧道突水灾变演化模拟试验系统。针对隧道开挖方式与溶洞发育尺寸,开展了多种工况下隐伏溶洞突水灾变演化过程模拟试验,研究结果表明：隧道施工过程突水灾害是爆破施工扰动与承压含水溶洞渗透破坏双重作用的结果;受爆破开挖扰动影响,隔水岩体内部裂隙发育密集,重点监测区域累计位移高出人工钻凿开挖27%,应力释放率达23.5%,稳定渗透压力仅为初始压力的36.7%,外加水压加载至40 kPa约15 min后最先突水;相同水压加载条件下,溶洞尺寸越大对隔水岩体渗流场、位移场、应力场的影响越大,位移释放率越大、渗透压力整体水平越低,最终在应力和渗流作用下优势导水通道形成并扩展率先发生突水;承压型隐伏溶洞突水灾变演化过程经历了群裂隙的萌生扩展、优势导水通道的形成、隔水岩体破裂失稳3个阶段。试验结果对隧道突水机制的研究和灾害防治具有一定的指导意义。     

新书报导

《非线性工程地质学导引》:秦四清、张悼元、王士天、黄润秋著。西南交通大学出版社1993年12月出版。该书系统研究了节理岩体的非确定性结构与强度特征(包括节理岩体的分维特征与工程地质意义、非确定性岩石力学参数取值及岩体质量分级原理)、室内地应力测试新方法、岩体突变失稳理论(包括顺层斜坡弯曲失稳、层状岩体失稳、斜坡滑动失稳、水库地震、冲击地压)、滑坡灾害非线性动力学预报理论(包括滑坡混沌识别、分叉、灰色—模糊尖点突变模型、非线性动力学模型)。全书共四章,约26万字,书未附有“滑坡灾害预报系统LTFS源程序”。该书系第一作者博士后的研究成果,经专家评审,认为是国内第一部具开拓性、创造性的高水平专著。可供从事分形、混沌、突变等非线性科学研究和从事工程地质和岩体力学等专业的科技人员,以及有关专业的研究生参考之用。每册定价10元。《岩石声发射技术概论》:秦四清、李造鼎、张倬元、邓荣贵著。西南交通大学出版社1993年12月出版。该书系统研究了岩石声发射的微观机理,岩石断裂特性的声发射特征、凯塞效应机理、应用凯塞效     

多层含水层结构矿井突水灾害的水力学概念模型研究：以焦作煤…

本文利用矿井突水水力学概念模型与实际水文地质模型的相似性，用水力学概念模型分析了具多层含水层结构矿井的突水过程，阐明了矿井突水量变化的内有原因，并通过进一步分析得出很有实际意义的结论。     

焦作矿区突水灾害研究综述

本文首先对焦作矿区地质构造与采矿复合型人为突水灾害在时、空域上的表现特征进行了论述，并按照突水水源与突水成因对突水灾害进行类型划分，在此基础上，系统地总结了焦作矿区底板突水灾害的预测预报研究方法，提出了突水灾害的具体防治对策。     

岩体水力学概述

本文通过伙在工程活动与地质环境相互作用分析，揭示了人类工程、岩体与地下水之间的关系；论述了岩体水力学的研究对象，学科地位，研究内容以及研究方法。     

基于三维离散-连续耦合的岩溶隧道突水破坏模式研究

岩溶隧道在修建的过程中难以避免接近溶腔甚至高承压水溶腔,而突水破坏极易引发安全事故甚至对隧道产生不可逆的影响,因此对岩溶隧道突水破坏模式的研究有利于解决相关安全问题,并对选线安全具有一定参照意义。通过三维离散-连续耦合数值技术,对微观离散颗粒物理、力学参数进行标定并验证,模拟水压作用下下伏溶腔与隧道仰拱之间的防突岩体垮塌过程。根据试验结果将防突岩体的破坏模式分为3类：剪切破坏模式、弯折破坏模式和复合破坏模式。弯折破坏模式表现为防突岩体中部和两端拉伸裂缝呈贯通状;剪切破坏模式表现为防突岩体两端裂缝呈剪切态;复合破坏模式则同时具有二者的共同特性。3种破坏模式所引起的裂缝发育规律相似,均可分为初始发育、快速发育和平缓发育3个阶段。初始发育阶段时防突岩体所存在的裂缝数量较少;维持水压力防突岩体的裂缝数量突增并进入快速发育阶段;而后防突岩体中的裂缝产生贯通效果进入平缓发育阶段,最终防突岩体整体垮塌。由此得出结论：突水破坏在岩溶隧道中是一个渐变的过程,但对岩溶隧道总体安全性有不可逆的影响。     

南京石膏矿特大突水灾害机理研究

发生于2006年9月11日的南京石膏矿特大突水灾害不仅改变了矿区及外围的地下水流场, 并引发了矿区地面沉降变形, 对地表附属物产生了一定的破坏作用, 造成了包括矿山关闭在内的巨大财产损失。南京石膏矿涉及典型的深部矿山地质工程问题, 影响地下开采稳定、矿山灾害和环境问题的主要因素是矿体及围岩的岩性结构及岩体结构构造, 特别是断裂构造及其影响带裂隙发育情况、富水性、导水率。围岩的岩溶强烈富水带的存在是矿坑突水的直接水源; 矿体的软岩特性、矿山开采扰动使采场周围的应力场重新分布、开采对断裂构造及裂隙带等结构体的活化作用都加剧了突水灾害的发生。     

矿山水文地质结构及其采动响应

本文以谷德振先生创立的岩体工程地质力学理论为指导,在水文地质结构概念的基础上提出了矿山水文地质结构的概念,结合我国煤矿的宏观地质背景及矿山水害的研究基础,基于矿山水文地质结构对矿山水害类型进行了重新划分。从突水水源、导水通道以及采掘活动3个致灾危险源出发,结合矿山突水溃砂灾害、底板突水实例,对矿山水文地质结构的采动响应进行研究,为矿山水害防治和矿山安全地质工作提供了一种新的思路和途径,显示了岩体工程地质力学在煤矿水文地质工程地质研究中的重要指导作用和强大的生命力。     

隧道突涌水灾害防突厚度计算方法及适用性评价

将10余种常见的突涌水灾害防突厚度计算方法分类归纳,并与隔水岩体破坏和充填结构失稳两大类突涌水灾害类型对应统一。对于隔水岩体破坏型突涌水,按照力学模型和适用对象的不同将计算公式归类划分为完整岩体型与裂隙岩体型两类,改进了裂隙岩体三区模型的最小安全厚度计算公式,对比了不同工况下各个公式的计算结果,表明适用于完整岩体的三维岩柱剪切模型和适用于裂隙岩体的单裂纹扩展三区模型与工程经验公式一致性较好,具有更好的准确性和适用性。对于充填结构失稳型突涌水,颗粒受力启动适合于作为充填介质渗透失稳开始的标志,流体流态转变可作为失稳发生的临界判别标准。最后,文中对理论分析、数值模拟、模型试验与工程类比等方法的适用条件、判断标准与优缺点做了系统的评价,可为实际工程中监控物理量的选择、临灾状态的识别与灾害预警提供参考。     

演马庄矿突水灾害研究综述

在研究演马庄矿地质构造与采矿复合型人为突水灾害在空域上的表现特征时,并按照突水水源与突水成因对突水灾害进行了类型划分。在此基础上,系统地总结了演马庄矿底板突水灾害的预测预报研究方法     

祝《工程地质研究进展》不断开拓前进

今年我有机会参加了成都理工学院的“国家地质灾害防治与工程地质环境保护专业实验室”的评估工作,后又见到该专业实验室和工程地质研究所以文集形式出版的学术年报——《工程地质研究进展》,欣喜他们在工程地质学科建设方面的迅速发展和在工程地质研究方面所做出的积极贡献。《工程地质研究进展》是该专业实验室和研究所逐年研究成果的专报。1993年6月问世的“1992年学术年报”刊登了论文13篇,包括了岩土工程特性的研究,区域构造稳定性研究,岩体稳定性研究,崩、滑灾害形成机制研究,以及岩体水力学研究等方面的论文,反映了该专业实验室和研究所近年来部分科研成果的总结,具有较高的学术水平。