前言

在我国中东部富水矿区，矿井底板突水灾害频繁发生，严重威胁着煤矿安全生产，造成了巨大的人员伤亡和经济损失。矿井突水灾变本质上是动静耦合扰动下岩体损伤累积与渗流失稳的多场耦合演化问题，其复杂性和随机性给相关研究和防治工作带来了极大挑战。传统研究多聚焦于单一静态或准静态条件下的岩体破坏特征，难以揭示复杂扰动环境下底板岩体时效损伤演化与突水通道形成的动力学机制。随着煤矿开采深度和强度的不断增加，矿井所处的地质环境愈发复杂，受到的扰动因素也日益增多，如采掘活动、爆破振动、地质构造运动等，同时，地下水的作用也使得岩体的力学性质和渗透特性发生显著变化。在这样的背景下，深入研究动静扰动与渗透水压力作用下富水矿井底板岩体的蠕变损伤演化规律及突水孕灾机制，具有极其重要的现实意义。

本书主要内容是著者及团队多年来围绕岩石蠕变损伤破裂、岩石渗流力学理论、矿井突水灾害等方面开展的工作和取得的进展。围绕矿井水害中的关键科学问题，在理论建模、多尺度试验、数值模拟与工程验证等方面开展工作，揭示相关规律和机制。全书共分为8章： 第1章介绍国内外研究现状； 第2章系统阐述岩体流变相关概念，介绍由黏性、弹性、塑性等基本元件组成的多种蠕变模型及其本构、蠕变方程，分析水对岩体蠕变特征的影响； 第3章开展渗透水压力作用下的扰动蠕变试验，分析扰动载荷对底板岩体蠕变和渗透特性的影响，明确了扰动幅值、频率和水压对蠕变速率、裂隙扩展和突水通道形成的敏感性，同时研究宏观破坏特征和细观破坏特征，揭示宏细观破坏特征的联系； 第4章提出基于改进优先搜索方向的裂隙骨架节点跟踪算法和生长面积算法，介绍研发的Fracture Geometry Feature Extraction Tool软件，用于岩石裂隙几何特征提取，从宏观和细观层面揭示扰动幅值与频率对裂隙数量、长度、面积及空间分布的影响机制； 第5章构建了页岩扰动蠕变细观模型，开展不同扰动幅值和频率下的数值模拟，分析扰动幅值和频率对页岩细观蠕变特性、破坏形态和微裂缝演化规律的影响； 第6章引入分数阶微积分理论，建立了渗透水压与扰动耦合作用下的页岩非线性蠕变模型； 第7章设计并研制了动力扰动下矿井巷道底板突水试验系统，研究扰动作用下巷道围岩和底板的渗透演化规律、巷道围岩损伤与突水通道演化过程，提出基于声发射技术的突水前兆信息识别方法和灾变破坏时间预测方法； 第8章以富水矿井为背景，建立了临界pM方程作为突水危险性判据，并对煤层底板进行突水危险性评价。

岩体力学行为的复杂性使得相关研究仍面临诸多挑战。在非均质岩石研究中，试验条件的代表性、模型参数识别的普适性，以及多场耦合作用下的损伤机制等问题，仍需深入探究。未来，应进一步拓展至复杂地质环境下的多因素耦合分析，开发智能化实时监测系统，优化损伤模型，以提升工程应用的精准性与可靠性，为矿山安全开采与地质灾害防治提供更全面的科学保障。书中一些观点及理论成果有待进一步完善，期待与同行进一步交流，促进矿井突水灾害问题研究的深入发展。

书中研究及成果发表得到了国家自然科学基金资助项目(编号： 52274084)和辽宁工程技术大学鄂尔多斯研究院校地科技合作培育项目(编号： YJY-XD-2024-A-017)的资助。

在本书的撰写过程中，得到了众多专家学者的指导和帮助，在此表示衷心的感谢。同时，希望本书的研究成果能够为从事相关领域工作的科研人员、工程技术人员提供有益的参考，共同推动富水矿井底板突水灾害防治技术的发展。由于著者水平所限，书中难免存在不足和欠妥之处，恳请读者批评指正。

著者

2025年12月