●前言
第1章深部煤炭開采理論與技術研究進展1
1.1我國深部煤炭開采及開采面臨的主要問題1
1.1.1我國深部煤炭開采特點1
1.1.2深部煤炭開采面臨的主要問題4
1.2深部煤炭開采理論與技術研究進展5
1.2.1深部開采煤岩基礎理論研究6
1.2.2深部煤炭開采技術研究22
1.3深部煤炭現代開采面臨的科學與技術問題及解決途徑28
1.3.1深部煤炭開采面臨的科學與技術難題28
1.3.2解決問題的思路與方法31
第2章深部煤炭開采界定與安全綠色開采模式研究35
2.1深部煤炭開采界定及影響因素分析35
2.1.1前人對深部開采的界定35
2.1.2深部開采定義及內涵40
2.1.3深部界定方法與判斷準則43
2.1.4影響“深部”主要參數分析47
2.2深部煤炭安全綠色開采理念與基本特征57
2.2.1煤炭現代開采理念演化58
2.2.2深部安全綠色開采定義及內涵63
2.2.3深部安全綠色開采基本特征67
2.3深部煤炭“高保低損”開采模式研究69
2.3.1煤炭開采生態損傷及綠色響應分析70
2.3.2深部“高保低損”開采模式構建77
2.3.3深部“高保低損”型安全綠色開采技術體繫與關鍵技術82
第3章深部采動煤岩體多尺度破壞機理及演化規律88
3.1深部采動煤岩體復雜裂隙網絡表征與力學特性多尺度效應88
3.1.1核磁共振凍融技術測量煤孔徑分布89
3.1.2基於CT掃描與三維重建的煤樣破裂過程數值分析方法92
3.1.3深部岩石力學特性的實驗室尺度效應95
3.1.4深部岩體力學特性的工程尺度效應96
3.2開采擾動下煤岩破裂、失穩的能量機制與判別準則98
3.2.1基於彈性能密度的煤岩體本構模型98
3.2.2煤岩動態斷裂與能量耗散的水理效應107
3.2.3煤岩動態斷裂與能量耗散的層理效應111
3.3煤岩失穩的率響應機制和觸發條件114
3.3.1煤岩失穩的大跨度率響應機制115
3.3.2煤岩失穩的小跨度率響應機制116
3.3.3煤岩失穩的單軸抗壓強度觸發條件117
3.3.4煤岩失穩的衝擊能量指數觸發條件118
3.3.5不同衝擊速率下煤岩破壞機制118
3.4煤岩體失穩破壞多因素協同作用力學模型和損傷驅動機制121
3.4.1單軸循環載荷擾動下煤的損傷演化過程121
3.4.2不同加卸載應力路徑煤岩損傷驅動機制134
3.4.3不同含水率煤岩損傷驅動機制137
第4章深部采動巷道圍岩破壞機理與控制關鍵技術141
4.1不同埋深下非均勻采動應力場演化規律141
4.1.1一次采動留巷軸向圍岩應力場分布規律142
4.1.2一次采動采空區側向圍岩應力場分布規律144
4.1.3二次采動巷道超前應力場分布規律研究147
4.2深部采動巷道圍岩破壞形態與擴展效應148
4.2.1雙向非等壓應力條件下巷道塑性區理論148
4.2.2一次采動影響下留巷塑性區形態特征151
4.2.3二次采動影響下巷道超前塑性區形態特征153
4.2.4巷道斷面形狀對圍岩塑性區形態的影響155
4.3深部采動巷道圍岩破壞主要控制因素及響應特征156
4.3.1采動巷道圍岩應力型非對稱破壞的基本性質156
4.3.2采動巷道圍岩應力型非對稱破壞的影響因素160
4.4深部采動巷道圍岩破壞控制原理162
4.4.1采動應力與圍岩破壞形態關繫163
4.4.2采動巷道圍岩變形與非對稱破壞形態的關繫164
4.4.3窄煤柱采動巷道非均勻變形破壞機理166
4.4.4采動巷道圍岩破壞形態與穩定性內在聯繫168
4.5深部采動巷道圍岩破壞安全控制關鍵技術171
4.5.1深部采動巷道圍岩安全工程調控方法171
4.5.2深部采動巷道圍岩穩定性控制關鍵技術178
第5章深部高強度開采擾動采場圍岩失穩機理與控制185
5.1深井采場覆岩與宏觀力學結構特征及演化規律185
5.1.1深部采場覆岩結構影響因素及宏觀力學結構特征185
5.1.2深部開采采動應力分布及演化規律189
5.1.3覆岩結構與采動應力演化關繫研究193
5.2深部高強度開采擾動下圍岩失穩及控制機理204
5.2.1采場圍岩動靜載失穩機理204
5.2.2采場圍岩損傷演化過程209
5.2.3深部開采頂板斷裂特征分析213
5.2.4采場圍岩失穩控制主要指標216
5.3深部采場圍岩控制技術219
5.3.1圍岩穩定性監測預警技術220
5.3.2近場覆岩定向水壓致裂控頂技術222
5.3.3遠場深孔爆破大範圍卸壓技術226
第6章深部含瓦斯煤力學-滲流響應與增滲關鍵技術230
6.1煤體孔隙結構特征230
6.2深部煤體結構的瓦斯響應規律與煤體弱化機制231
6.2.1瓦斯壓力卸放煤體變形實驗研究232
6.2.2瓦斯氣體對深部煤體的蝕損及強度弱化機制235
6.3深部含瓦斯煤體的基本力學特性和本構關繫245
6.3.1常規三軸加載深部含瓦斯煤力學特性245
6.3.2卸圍壓條件下深部含瓦斯煤力學特性247
6.3.3復合加卸載條件下深部含瓦斯煤力學特性250
6.3.4深部含水-瓦斯煤體的力學特性與本構關繫252
6.4深部采動含瓦斯煤變形破裂過程的瓦斯滲流規律256
6.4.1煤滲透率各向異性特征試驗研究256
6.4.2常規三軸加載深部含瓦斯煤滲流規律258
6.4.3復合加卸載對深部含瓦斯煤滲流規律262
6.5深部開采瓦斯低透煤層增滲關鍵技術267
6.5.1深部開采低透氣性煤層增滲控制參數267
6.5.2低透氣性煤層增滲關鍵技術方法應用269
第7章深部開采地下水繫統損傷規律與保護關鍵技術280
7.1深部開采地下水繫統損傷機理與變化規律280
7.1.1深部開采水文地質結構特征280
7.1.2深部開采地下水繫統損傷機理282
7.1.3深部開采地下水繫統的失水模式285
7.1.4典型礦井深部煤層開采地下水失水規律287
7.2深部開采對地下水繫統的影響規律289
7.2.1地下水繫統模型290
7.2.2深部開采對地下水流場影響291
7.2.3深部開采對地下水繫統均衡影響295
7.2.4深部開采對地下水影響評價295
7.3深部開采地下水繫統保護關鍵技術296
7.3.1深部開采地下水繫統保護原理296
7.3.2仿生開采工藝模擬研究298
7.3.3仿生開采技術體繫與關鍵技術304
7.4仿生開采技術模擬試驗研究307
7.4.1相似物理模擬試驗平臺設計307
7.4.2相似物理試驗模型設計307
7.4.3仿生開采相似模擬試驗結果分析308
第8章中東部焦作礦區趙固井田高保低損開采研究329
8.1研究區概述329
8.1.1區域位置329
8.1.2水文地質條件329
8.1.3礦區地應力特征330
8.1.4開采技術條件331
8.2深部開采圍岩特性及災害特征332
8.2.1二1煤層圍岩岩石力學測試332
8.2.2采動煤層瓦斯特性及災害特征333
8.2.3深部采動巷道非均勻變形破壞特征335
8.2.4深部采場圍岩動力災害特征338
8.3深部高保低損開采模式及控制關鍵技術339
8.3.1深部高保低損開采圍岩損傷破壞模式339
8.3.2深部高保低損開采圍岩控制關鍵技術347
8.4深部安全綠色開采效果354
8.4.1深部巷道柔性支護效果354
8.4.2深部底抽巷支護效果361
8.4.3基於地質雷達探測的深部采動底板損傷控制效果分析367
8.4.4基於微震監測的深部采動底板損傷控制效果分析369
第9章寧東礦區麥垛山煤礦“高保低損”開采研究374
9.1研究區概況374
9.1.1礦區地質與構造375
9.1.2礦區水文地質377
9.1.3區域生態概況381
9.1.4開采工藝概況382
9.2麥垛山地下水繫統研究382
9.2.1主要含水層水文地質特征383
9.2.2地下水補、徑、排關繫387
9.3深部仿生開采地下水保護情景模擬效果分析393
9.3.1深部開采地下水繫統數學模型394
9.3.2深部開采擾動時地下水變化預測分析405
9.3.3深部仿生開采控制時保水效果模擬分析406
9.3.4深部仿生開采地下水繫統保護效果比較分析409
參考文獻410

本書針對我國典型煤礦深部開采條件，以中、西部典型井田為樣區，以繫統論為指導，秉承煤炭安全綠色開采理念，初步探究了深部綠色開采相關理論問題（如深部界定、安全綠色、綠色開采評價）和深部開采強擾動作用下煤岩體多尺度多因素協同作用機理與過程，揭示了地下水繫統結構與失水模式、瓦斯對體的“蝕損”作用、巷道非對稱破壞、采場動力響應等煤炭開采環境損傷與災害誘發機制，提出了深部高強度開采時低滲透性煤層增滲、巷道圍岩非對稱破壞控制、采場圍岩穩定性控制、“仿生”開采等關鍵技術，初步構建了深部安全綠色開采的“高保低損”模式和技術體繫，基於中部焦作礦區和西部寧東礦區建立了兩個示範點，初步形成具有深部特色的煤炭安全綠色開采理論與方法，為我國深部煤炭安全和低生態損害開采提供了理論依據與技術支撐。