郯庐断裂转换段新沂地裂缝成生机理及构造意义

新沂地区处于郯庐断裂带转换段的关键部位,自20世纪70年代以来在新沂地区共发现地裂缝灾害点28处。这些地裂缝以群发的形式发育在南马陵山以西、沂河—骆马湖以东的区域内,地裂灾害影响区面积达100 km^(2)。新沂地裂缝与地层结构、地震活动、地下水开采等因素有着千丝万缕的联系,对其研究形成了多种观点。利用实地调查与勘探手段,新近查明了新沂地裂缝的基本特征,它们具有走向一致性、纵向尖灭性、局部群发性等特点,且与邻近断裂(郯庐断裂带次级断裂F3)具有高度一致性,属于区域构造控制型地裂缝。以新沂地区地质构造为原型,构建了逆断层作用下地裂缝成生物理试验模型。试验结果表明,随着逆断层断距加大而依次呈剪裂段、离层段、弯裂段等发展过程。结合新沂地区“地堑地垒地堑”组合结构,新沂地裂缝的成因机制可概括为“跷跷板”构造模型,在构造应力、自重应力、地下水波动等作用下,下沉段受挤压,上升段因抬升而弯裂,从而形成地裂缝。研究新沂地区地裂缝,对揭示郯庐断裂带“北中南”段构造变化和“深浅表”部结构联系具有重要的指示意义。

采掘中突水溃砂机理研究现状及展望

从理论研究、室内试验等方面总结了煤矿突水溃砂机理的研究现状,指出上覆松散含水层的水头压力与溃砂通道宽度是建立描述突水溃砂机理的关键。通过对目前生产实践中采取的防治措施及安全评价方法的研究,认为应在综合评价影响采掘溃砂因素的基础上建立预测预警模型。并针对采掘溃砂过程中一些尚未解决的科学问题,诸如溃砂定量预测与计算、试验的可视化、采掘风险评价等。提出了"以颗粒物质的流动行为来深入认识溃砂产生的机理"这一观点,并引入了透明土试验技术,在深层次上揭示采掘溃砂过程机制、水砂混合物在岩体裂缝和破碎岩体中的运移规律的基础上,建立煤矿采掘溃砂安全评判模型,为松散含水层下安全开采提供技术支撑。

近松散层采煤覆岩采动裂缝水砂突涌临界水力坡度试验

以带不同尺寸裂缝的混凝土块模拟采动裂缝岩体,以黏土、粉土、粗砂和砾砂配制不同颗粒组成的7种土样,采用改装的渗透仪,对松散层经过采煤上覆垮落带和裂缝带发生渗透变形破坏的类型和机制进行研究,得出采煤垮落带和裂缝带上覆松散土层发生从上往下渗透变形破坏的临界水力坡度与土层粒度成分、物理力学性质和裂缝尺寸的关系。试验结果表明,黏粒含量较少的粉土、粗砂、砾砂比较容易发生水砂突涌,土的d50小于裂隙宽度的1/10时,容易出现潜蚀甚至涌(突)砂现象;当临界水力坡度大于1时,同一种颗粒组成的土样重度越大,液性指数越小,土的黏聚力越大,则临界水力坡度越大;同一种土样发生通过裂缝的渗透变形破坏时,裂隙宽度越大,临界水力坡度越小,发生破坏的临界水力坡度随裂缝宽度的增大呈指数下降。试验还获得溃砂时水砂涌出量与裂缝的宽度和初始水头高度的关系,在相同初始水头条件下,随着突砂口尺寸的加大,突砂量基本呈线性增加;在相同突砂口张开的情况下,涌砂量随着初始水头增大而增大。发生水砂突涌的涌出物中含砂量随时间延续逐渐减少。由此可见,含水层的初始水头和突砂口张开程度是控制矿井工作面突砂量的关键因素。

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。

工程地质模型在防水煤岩柱研究中的应用

提出了煤矿工程地质模型的概念和基本构成．论述了工程地质模型及其组成单元的采动效应，建立了预测模型并成功应用于山东省横河煤矿厚松散含水层下放顶煤开采防水煤岩柱的留设．为进一步发展防水煤岩柱工程地质系统研究方法奠定了基础．

采掘诱发高势能溃砂灾变机理与防控研究与展望

采掘诱发高势能溃砂是威胁矿山生产和矿工生命安全的重大灾害,其发生机理与防控原理不同于矿井突水和浅部流砂,具有突发性强、蓄能高、破坏力大、防控困难等特点,亟需在以往研究基础上,对高势能溃砂灾变机理和防控原理开展研究。结合矿山深部开采和高强度开采实际,以赋存—形成—运移—预测—防控为主线,采用地质勘查与建模、物质成分和结构测试、野外及井下长期观测、监测预警、透明土离心模型试验、渗水力模型试验、理论研究和数值模拟等方法,围绕矿山采掘诱发高势能溃砂启动与灾变机理、高势能水砂混合流在采动覆岩裂隙带和垮落带中的运移规律、高势能溃砂注浆扩散凝固机理、挡砂墙渗透失稳机理等关键科学问题,重点研究高势能溃砂形成的地质背景、启动判据、灾变机理、运移规律、辨识评价和防控原理等内容,建立高势能溃砂的危险源辨识、预测评价、灾变机理、运移规律、预警救援、治理恢复的系统防灾减灾救灾的溃砂防控理论及关键技术体系。研究结果将为解决我国采掘诱发高势能溃砂、突破高势能溃砂灾害防控的技术瓶颈提供理论支撑。由于工程诱发灾变过程和结果的不确定性,将高势能溃砂防控向深层次、多结构、多维度、多决策的综合防灾减灾体系拓展,是今后矿山重大地质灾害防控的重点方向。

近松散层开采孔隙水压力变化及其对水砂突涌的前兆意义

开采沉陷离心模型试验表明,采空区和煤柱上方的黏土层中的孔隙水压力在煤层开采之后,出现积聚和消散现象,超静孔隙水压力增量最大可达垂直自重应力的15%～22%。采动孔隙水压力监测模型的试验表明,采动引起的承压含水层中孔隙水压力的变化特点同煤层开采进度以及顶板周期来压密切相关,煤柱上方含水层中孔隙水压力一般表现为先升高后降低,工作面上方含水层中孔隙水压力变化与开采位置有关,当工作面通过测点下方时,孔隙水压力出现明显的下降,当测点处于采空区中部时,孔隙水压力升高并会保持一段时间。采后顶板下沉期间各测点孔隙水压力均呈下降趋势。突砂模型试验表明,一旦抽冒或形成水砂突涌后,含水层内孔隙水压力表现为剧烈下降并形成瞬时负压,水压下降后随突涌过程发展保持在某稳定水平上,突砂口附近呈现相应的水力坡降。由以上试验结果可知,孔隙水压力可以作为近松散含水层开采溃砂灾害预警和监测的重要前兆信息源。

透明土实验技术现状与展望

回顾和评述了透明土实验技术的起源、材料的制备、岩土工程性质、实验设备与技术、图像捕捉与处理方法以及透明土实验技术的应用。模型实验中,采用激光散斑技术对透明土体内部的变形和渗流过程进行观测,得到相应过程的数字图像,再利用数字图像处理技术得到土体内部变形和渗流变化。对透明土实验技术的进一步发展提出了建议,认为目前急需建立透明土试样制备、指标测试和实验技术标准,并健全基于透明土的模拟理论。

“煤矿水文地质与工程地质”课程教学模式和方法改革实践

"煤矿水文地质与工程地质"课程是一门应用性很强的专业课程,在课程实施过程中注重理论与实践密切结合,紧密跟踪国际水文地质工程地质发展趋势,密切结合中国煤矿的生产实际和地质条件,采用课堂授课、研讨与科技活动相结合的教学模式,适用灵活的研讨式教学方式,组建丰富的课程网络资源,使得学生学有所获,学有所用,提高了学习成效。

煤系岩石工程地质性质指标变异性研究

对山东金山矿区３煤覆岩及底板工程地质性质类型的物理力学性质指标的变异性进行了研究，用Ｋ—Ｓ法进行的概率分布类型拟合检验表明，各指标基本服从正态分布；另外，还对煤系岩石物理力学性质指标的关联性及各向异性特征进行了初步分析，为煤矿工程地质可靠度研究提供了依据。

浅部采空区覆岩应力变形破坏的工程地质分析及有限元模拟

本文通过工程地质分析和弹塑性有限元模拟,对浅部采空区上岩体内应力分布、岩体移动变形破坏规律及它们与工程地质条件的关系进行了研究。作者把采动岩体内主应力分布划分成五个区,认为岩体的整体移动主要受坚硬岩层控制,覆岩破坏高度受岩体成层性和软弱岩层的控制。有限元计算的移动变形值及覆岩破裂高度与实测资料基本一致,这对新采区岩移预计具有一定的参考价值。

基于研究型教学理念的课程设计及实践——以国家级一流本科课程“土质学与土力学”为例

在“土质学与土力学”课程的教学改革与实践中,以研究型课程理念进行理论和实践教学设计,并建立相适应的课程目标达成评价方法。建立了以专业本领、创造力、合作能力、交流能力“四种能力”培养和敬业引导、创新引导、执业引导“三引导”的课程教学体系,实现了第一课堂内研究型学习引导与第二课堂创新创业训练有机贯通,强化执业教育和实践教学。发挥课程思政作用,通过我国古代劳动人民创造的伟大工程、新时代国家重大工程中的土力学难题,激发学生的学习兴趣和爱国敬业情怀。

开采沉陷土体变形与孔隙水压相互作用研究进展

本文通过实验、实测和理论分析研究了开采沉陷土体变形与孔隙水压力之间的相互作用，结果表明，随着开采的进行，土体的应力变形发生变化造成了超静孔隙水压力的产生和消散，反映在土体变形上出现随开采时间延续而发展的附加压缩和膨胀变形，这种压缩或膨胀在土体的不同部位相互叠加，有时还叠加了底部含水层水位下降引起的地面下沉。这些结果揭示了厚松散含水层地区开采沉陷特殊性的机理，对开采沉陷预测及水体下采煤具有重要意义。

煤矿水闸墙设计施工技术综述与展望

综述了国内外煤矿中广泛应用的水闸墙的技术发展现状,介绍了目前常用的水闸墙结构类型及适用条件、水闸墙设计与施工的规范化和标准化进程。随着开采深度的加大,煤矿水闸墙设计施工面临着水压高、围岩破碎和施工环境恶劣等困难。提出了水闸墙设计、施工中的关键技术问题,例如选址、选型、计算、安全系数选取与规范化施工等。提出了水闸墙快速施工、水闸墙长期封堵酸性水、水闸墙物理与数值模拟、封堵水的综合利用、水闸墙有关法规建设等方面水闸墙工程技术的发展趋势。研究表明:水闸墙设计与施工技术仍需要从多学科角度不断创新与应对,应特别重视从力学强度和抗渗性能两方面进行深部高压水闸墙的设计与施工。

本科生研究型培养体系的构建与实践——以中国矿业大学地质类专业为例

中国矿业大学地质类专业本科研究型培养体系的建立和改革实践具有启发性和理论意义。按照地质类"三层次"、"三元结构"创新人才培养模式,本科生研究型培养体系包括:以研究型课程为导向的核心课程体系、以研究型实习和从业教育为特色的实践教学体系、以大学生科研训练计划为主体的创新教育体系和以基层学术组织改革为抓手的组织保障体系。

煤矿立井微孔隙岩体注浆防渗及机理分析

从古山立井的地质工程条件出发 ,针对微空隙岩体注浆防渗的技术难点 ,在分析前几次注浆失效原因的基础上 ,选择合适的注浆材料和注浆工艺 ,在古山立井主、副井各 30 0m的渗漏段注浆 ,将涌水量由原来的 37m3 /h降至 5m3 /h以下。注浆前后采取了井壁及岩石样品 ,用扫描电子显微镜和压汞试验对样品的微观结构进行了测试分析 ,从微观机理上解释了前几次注浆工程失效和本次注浆成功的原因。

矿山采掘岩体渗透变形灾变机理及防控Ⅰ:顶板溃水溃砂

矿山采掘诱发顶板溃水溃砂灾害防控正成为制约矿山安全的重要瓶颈。从成灾机制、运动规律和危险性评价等方面综述了顶板溃水溃砂研究的主要进展和趋势。溃水溃砂的成灾工程地质机制分为4类:直接或间接揭露松散含水层、导水裂隙带沟通松散含水层渗透破坏、人为钻孔沟通松散含水层、软弱覆岩遇水劣化(崩解泥化)伴随顶板裂隙水或离层水突出的溃水溃砂成灾模式。溃水溃砂的运动规律研究获得了水砂混合物经出口、单裂隙、交叉裂隙网络和垮落带的运动特征,建立了溃水溃砂定性和定量的评价方法,提出了溃水溃砂主动防控方法等。最后,提出了顶板溃水溃砂机理及防控应该重点解决的关键科学和技术问题,包括建立顶板溃水溃砂工程地质数字孪生模型,揭示溃水溃砂通道形成机理,建立反映溃水溃砂全过程运动方程,加强监测预警技术、实际赋存环境模型试验技术、高效注浆关键设备等关键技术和设备研发等。

好学力行求是创新培养优秀矿业地质人才——中国矿业大学资源与地球科学学院本科教学工作的经验与体会

本文介绍了中国矿业大学资源与地球科学学院以“好学力行、求是创新、艰苦奋斗、自强不息”的校园精神,培养优秀矿业地学人才的经验和体会。主要做法是:以教育教学研究为依托,以不断深化教学改革为主线,推动教育思想观念的转变;以师资队伍建设为核心,加强学科建设和科学研究,积极促进本科教育教学体系与研究型学院相适应;注重学生培养的全过程,培养学生的全面素质、创新精神和创新能力;提高学生的基本理论和基本技能,促进学风建设和学生就业工作。

矿山安全地质学:综述

矿山安全防控是一个复杂的系统工程,涉及到多学科,而其中的地质条件和成灾机理研究是事故防控中最重要的基础工作。但是,目前还没有系统地研究安全地质的学科和工作机制。因此,提出应建立矿山安全地质学新的交叉学科。针对矿山建设和采掘安全生产的需求,介绍了矿山安全地质学的概念、内容框架、研究方法、主要矿山安全地质问题、安全地质问题风险评价等,并对矿山安全地质研究中亟待解决的关键科学问题和防控关键技术发展趋势提出了建议和展望,同时,本文还简要综述了本期深部矿山安全地质专辑收录的主要文章在矿山安全地质方面的创新性工作,期望为深部矿山安全地质理论研究与灾害防控提供科学支撑。

基于结构水文地质学的采掘诱发高势能突水溃砂主动防控

在谷德振先生"水文地质结构"学术思想指引下,本文提出建立结构水文地质学的设想,论述了其基础理论框架。从方法论角度将矿山水害防控分为被动防控和主动防控两种方法。以结构水文地质学指导煤矿高势能突水溃砂防控,分析了被动防控可能产生突水溃砂灾害的机理;提出了主动地质工程防控的原理,包括地质材料性质改造、结构隔水性能重构、赋存水动力环境改造、减轻采掘诱发覆岩破坏等具体方法。抛砖引玉,以期催生符合中国矿山防治水实践需要的创新理论和方法。