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出版者:John Wiley & Sons Inc

作者:Syd S. Peng

出品人:

页数:750

译者:

出版时间:1978-12-13

价格:USD 52.50

装帧:Hardcover

isbn号码:9780471041214

丛书系列:

图书标签:

• 采矿工程
• 地质力学
• 矿井压力
• 支护技术
• 岩石力学
• 地表沉降
• 安全生产
• 煤炭科学
• 工程地质
• 矿山通风

《煤矿地面控制：安全、效率与可持续发展的多维度解析》 引言 煤炭，作为曾经乃至现在全球能源结构中的重要组成部分，其开采过程的安全性与效率始终是行业关注的核心。然而，随着开采深度的增加、地质条件的复杂化以及环境保护要求的日益提高，煤矿地面控制所面临的挑战也愈发严峻。本书并非直接探讨某一特定煤矿的实际操作案例，而是从更宏观、更系统、更具前瞻性的视角，深入剖析“煤矿地面控制”这一核心议题。它涵盖了地下采矿活动对地表环境、基础设施以及生态系统产生的各种影响，并着重于如何通过科学、严谨的管理和技术手段，最大限度地减轻这些影响，实现安全、高效、可持续的煤炭开发。本书旨在为行业内的决策者、工程师、研究人员以及对煤炭开采及其社会影响感兴趣的读者，提供一个全面、深入且多维度的理解框架。 第一部分：煤矿地面控制的理论基础与影响评估 本部分将奠定“煤矿地面控制”的理论根基，并系统阐述其潜在影响。 第一章：地下采矿与地表变形的物理机制 采矿诱发沉陷的根本原理： 深入探讨地下空洞形成、围岩移动、岩层破碎以及地表沉陷之间的物理联系。我们将解析不同采矿方法（如房间柱法、长壁采矿法、房柱式采矿法等）在地层结构和应力分布上的差异，以及这些差异如何直接映射到地表变形的幅度和范围。 影响地表变形的关键地质因素： 分析地层岩性、层理结构、断层破碎带、地下水赋存条件等内在地质因素对采矿诱发沉陷的决定性作用。例如，软弱夹层、富水砂层以及强烈断层破碎带如何加剧地表变形的风险。 采矿参数对沉陷形态的影响： 探讨采矿厚度、采矿方式、工作面推进速度、采空区充填率等采矿工艺参数，如何影响地表沉陷的形状（如凹陷、隆起、倾斜）、沉陷量以及沉陷区域的分布。 其他诱发地表变形的因素： 除了直接的采空区诱发沉陷，还将涉及地表水文地质变化、地下工程活动（如巷道掘进、钻孔注浆）以及地震等外部扰动因素与采矿活动相互作用，可能引发的地表不稳定现象。 第二章：煤矿地面控制的社会与环境影响评估 对基础设施的潜在损害： 详细评估采矿诱发的地表沉陷、倾斜、裂缝等对地上建筑物（如居民住宅、厂房、办公楼）、交通设施（如道路、铁路、桥梁）、公用设施（如管道、电线杆、通信塔）以及地下管线（如供水、排水、燃气管道）造成的破坏。我们将分析不同程度沉陷对这些设施结构完整性、使用功能以及安全性的具体影响。 对自然环境的生态影响： 深入研究采矿活动对地表水文、地下水系统、土壤、植被以及生物多样性的影响。例如，地表沉陷如何改变地表径流、诱发地表水体消失或产生新的湿地；地下水位的变化如何影响泉水、河流以及地下含水层；土壤的破坏、植被的丧失以及对野生动物栖息地的影响。 对社会经济的间接影响： 探讨采矿活动对周边社区的经济活动、居民生活质量、文化遗产以及社会稳定造成的间接影响。这包括土地利用的变化、农业生产的受损、居民搬迁的成本、旅游业的衰退以及潜在的社会冲突。 风险评估与预警体系构建： 提出一套系统性的影响评估方法论，结合地质勘探、采矿工程数据、遥感技术以及数值模拟等手段，对潜在的地表沉陷风险进行量化和预测。同时，探讨建立有效的地表变形监测与预警体系的重要性，以及不同预警级别的响应机制。 第二部分：煤矿地面控制的工程技术与管理策略 本部分将聚焦于应对煤矿地面控制挑战的实际工程技术和管理策略。 第三章：采矿诱发沉陷的预测与监测技术 地表沉陷预测模型： 介绍多种预测模型，包括经验公式法（如类抛物线法、指数衰减法）、力学模型法（如有限元法、边界元法）以及基于机器学习的预测方法。重点阐述各种模型的适用范围、优缺点以及参数选择的依据。 地表变形监测方法： 详细介绍各种监测技术，包括： 地面测量技术： 全站仪、GPS/GNSS、水准测量等传统精密测量技术在监测地表高程、位移和倾斜方面的应用。 遥感监测技术： 合成孔径雷达干涉测量（InSAR）、激光雷达（LiDAR）、高分辨率光学遥感等在宏观、大范围地表变形监测中的优势与局限性。 传感器网络技术： 分布式光纤传感（DFS）、倾斜仪、应变片、GPS接收机等在局部区域高精度、实时监测中的应用。 倾斜监测技术： 介绍专门用于监测建筑物、基础设施倾斜的传感器及其在早期预警中的作用。 数据融合与信息处理： 探讨如何将来自不同监测手段的数据进行融合，构建统一的变形监测数据库，并利用先进的数据处理技术，识别变形趋势、异常现象，为决策提供依据。 第四章：采矿诱发沉陷的防治与修复技术 采空区充填技术： 深入研究不同充填材料（如矸石、粉煤灰、水泥砂浆、膏体等）的性能、充填工艺（如高位充填、低位充填、远程输送）以及充填率对减少地表沉陷的作用。探讨绿色充填材料的应用以及充填技术的经济性与环保性。 地层支护与加固技术： 介绍在采动影响区进行地层加固的技术，包括注浆加固、化学固结、机械支护等，以提高围岩的稳定性，延缓或减缓地表变形。 地表工程保护措施： 针对地表基础设施，介绍采取的保护性措施，如： 建筑物加固与改造： 基础加固、结构抗震设计、弹性支撑等。 管道与道路保护： 柔性连接、沉降缝、补偿器、加固路基等。 特殊构筑物保护： 针对高层建筑、重要桥梁、大坝等，制定个性化的保护方案。 地表沉陷区的修复与再开发： 探讨采矿沉陷区形成后的修复策略，包括土地复垦、土壤改良、水体生态修复以及生态景观重建。同时，研究沉陷区作为潜在的低洼地带，如何进行合理的土地利用规划和再开发，例如建设湿地公园、低洼农业区或地下空间利用等。 第五章：煤矿地面控制的法律法规与管理体系 相关法律法规框架： 系统梳理国内外与煤矿地面控制相关的法律法规、技术标准和行业规范。重点分析矿产资源法、环境保护法、土地管理法以及地质灾害防治相关法规在煤矿地面控制中的适用性。 矿权与责任划分： 探讨在煤炭开采过程中，矿权人、土地所有者、第三方利益相关者之间的权利与责任划分。明确采矿活动对地表造成的损害赔偿原则与机制。 环境影响评价与审批制度： 阐述在煤矿项目立项、设计、建设、运营及闭坑等各个阶段，开展环境影响评价（EIA）的重要性，以及如何通过科学的EIA，预判和控制地面控制风险。 矿山闭坑管理与土地复垦： 详细阐述矿山闭坑后的地面控制要求，包括采空区安全管理、水文地质恢复、土地复垦规划与实施、生态环境监测等。强调闭坑管理是煤矿地面控制的最后一个重要环节，对长期生态效益具有决定性影响。 跨部门协作与信息共享： 强调政府监管部门、矿业企业、科研机构、社会公众之间建立有效的沟通与协作机制的重要性。建立信息共享平台，提高管理效率，促进政策的有效落实。 第三部分：煤矿地面控制的未来发展趋势与挑战 本部分将展望煤矿地面控制的未来，并指出当前面临的挑战。 第六章：智能化与数字化在煤矿地面控制中的应用 大数据与人工智能： 探讨如何利用大数据分析技术，整合各类监测数据、地质数据、采矿数据，通过机器学习和人工智能算法，实现更精准的沉陷预测、风险评估以及异常行为的早期识别。 物联网（IoT）与传感器网络： 介绍基于物联网技术的传感器网络，实现对地表变形、地下水、环境参数等的实时、连续、高密度监测，并与云平台对接，实现远程监控与管理。 数字孪生技术： 探讨构建煤矿地面控制的数字孪生模型，将现实世界的物理实体及其动态过程在虚拟空间中进行映射，实现对采矿活动影响的仿真模拟、预测与优化控制。 自动化监测与预警系统： 展望更加智能化的自动化监测与预警系统，能够自主识别危险信号，并自动触发响应机制，提高应急处理的速度和效率。 第七章：绿色矿山与可持续发展理念下的地面控制 生态优先的采矿模式： 强调在采矿设计与规划中，将生态环境保护置于优先地位，探索对地表影响最小化的采矿技术与工艺。 循环经济在地面控制中的应用： 探讨如何将采矿过程中产生的废弃物（如矸石、尾矿）进行资源化利用，作为充填材料或建筑材料，减少对环境的二次污染，并降低成本。 地下空间开发与地面控制的协同： 随着地表空间的日益稀缺，探索在采矿结束后，如何对形成的采空区进行合理利用，例如作为地下仓储、数据中心、能源存储空间等，并确保其与地表环境的协调与安全。 气候变化背景下的地面控制挑战： 探讨气候变化（如极端降雨、海平面上升）对煤矿地面控制的影响，以及如何将这些因素纳入风险评估与应对策略中。 第八章：煤矿地面控制面临的挑战与未来研究方向 复杂地质条件下的预测精度： 面对越来越复杂的地下地质条件，如何提高沉陷预测的精度，减少不确定性，仍然是重要的研究课题。 长期监测与评估体系： 建立一套长期、持续的地面控制监测与评估体系，以跟踪采矿活动对地表环境的长期影响，并为未来的土地利用和生态恢复提供科学依据。 社会经济协同与公众参与： 如何在地面控制过程中，更好地平衡经济发展、环境保护与社会稳定之间的关系，促进矿业企业与当地社区的和谐发展，以及如何有效引导公众参与，共同监督与治理。 技术经济可行性与政策支持： 探索更具经济可行性的地面控制技术，并争取政府在政策、资金、技术研发等方面的支持，以推动煤矿地面控制水平的整体提升。 结论 《煤矿地面控制：安全、效率与可持续发展的多维度解析》旨在为读者提供一个关于煤矿地面控制的全面、深入且具有前瞻性的理解。本书不拘泥于具体的案例，而是从理论基础、影响评估、工程技术、管理策略、未来趋势等多个维度，系统地阐述了煤矿地面控制的复杂性与重要性。通过深入探讨采矿诱发沉陷的物理机制、潜在的环境与社会影响，以及预测、监测、防治、修复等关键技术，本书为应对挑战提供了科学的方法与策略。同时，本书还展望了智能化、绿色化发展趋势，并指出了未来研究的方向。最终，本书期望能够促进行业内的技术进步，提升管理水平，并为实现煤炭资源的可持续开发，构建安全、和谐、绿色的生存环境贡献力量。

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坦白讲，这本书的文字风格颇有些“硬核”，但恰恰是这种毫不妥协的专业性，才让它在同类书籍中脱颖而出。它没有为了迎合大众读者而牺牲掉关键的数学推导和工程细节，这一点我非常赞赏。特别是关于顶板控制策略的部分，作者似乎是把毕生经验都倾注在了那些公式和参数的选取上。我记得其中一章专门分析了某次著名的矿难案例，通过逆向工程的方式重构了失稳过程，那种对每一个变量的细致拆解，读起来酣畅淋漓，如同侦探小说般引人入胜，只是这里的“罪犯”是地质应力。作者的语气非常沉稳、客观，不带任何多余的情感色彩，但正是这种冷静的叙述，让每一次安全措施的强调都显得格外有力。对我来说，这本书更像是一本“防范手册”的终极版本，它教会了我如何用科学的语言去‘对话’地下环境，而不是简单地‘征服’它。唯一美中不足的是，某些过于复杂的流体力学模型在没有对应三维仿真模拟的情况下，对纯文本读者来说，理解起来略费力，但瑕不掩瑜，对于专业人士而言，这无疑是一部里程碑式的著作。

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这本《Coal Mine Ground Control》的阅读体验，简直像是一场深入地心的探险，它不仅仅是枯燥的技术手册，更像是一部关于人类智慧与自然伟力之间较量的史诗。我从未想过，在那些看似坚硬、冷硬的岩石深处，竟然隐藏着如此复杂且精妙的力学和地质学原理。书中的图解和案例分析，尤其是在处理支护系统设计时所展现的严谨性，让我这个外行人都能感受到工程师们肩上的重担。书中对不同地质条件下的风险评估模型进行了非常细致的梳理，特别是那种预测煤层突然涌水或瓦斯突出的章节，描述得极其生动，仿佛能听到地下深处岩层吱嘎作响的声音。我特别欣赏作者在阐述理论时，总是能迅速将其与实际应用场景联系起来，这种“知行合一”的叙事方式，极大地提升了阅读的代入感。比如，他们讲解的那些关于微震监测的最新技术，读起来丝毫没有晦涩感，反而让人对那些在黑暗中坚守的监测人员心生敬意。总的来说，这是一本知识密度极高，但叙事节奏把握得恰到好处的专业著作，读完后，我对“地下工程”这个概念有了颠覆性的认知。

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翻开这本书的封面，我原本期待的是一本传统的工程教科书，但接下来的阅读体验却出乎意料地富有哲学思辨的色彩。作者似乎在探讨的远不止是“如何安全采煤”，而是在追问“人类在自然体系中的位置”。书中对地下采空区回填技术和地表沉降预测的论述，不经意间触及了环境伦理和长期可持续性的议题。读到关于“矿山生命周期结束后地质环境的长期演变”的章节时，我甚至联想到古罗马遗址的保护问题，只是这里的尺度被放大了千百倍，作用的介质也从石块变成了流变性极强的岩层。书中的语言充满了精准的动词和名词，构建了一个逻辑严密、环环相扣的知识体系，仿佛你走进了一个用数学和物理定律搭建起来的地下迷宫。最令人印象深刻的是，作者对“信息冗余”在安全系统中的重要性的强调，这让我开始反思我们在日常决策中对数据备份和多重验证的依赖程度。这部作品的深度，足以让一个地质学家感到充实，也能让一个决策者找到新的视角。

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这本书的排版和结构设计，简直就是一本为实战人员量身定制的工具书，实用性高到令人咋舌。它没有过多地沉溺于理论的空中楼阁，而是将重心放在了“如果A发生，你应该立即执行B、C、D”这一类的操作流程上。尤其在描述不同类型巷道掘进中的临时支护标准时，那份详尽到令人生畏的表格和流程图，让人感觉手里拿的不是书，而是一张可以保命的地图。我注意到作者反复提及了“经验值与计算值的校准”这一环节，这表明作者深知工程实践中，理论模型永远无法完全捕获现实世界的复杂性，那种对现场经验的尊重，是很多学院派著作所缺乏的。阅读过程中，我忍不住在脑海中模拟了自己是现场总工的场景，想象着在紧急通讯中断的情况下，如何依据书中的指导快速做出对爆破参数的修正。这种沉浸式的代入感，是这本书最成功的地方。它不是在“教你知识”，而是在“训练你的反应”。

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对于初涉采矿工程领域的新人来说，这本书无疑是一剂猛药，但却是最有效的那种。它并非循序渐进地引导读者进入，而是直接将读者抛入了最核心、最关键的难题之中。这种“先啃硬骨头”的学习策略，虽然在初期可能让人感到压力山大，但一旦攻克了某个关键章节，比如对“水力致裂与岩石破裂角”的解析，那种成就感是无与伦比的。书中对各种监测设备（从拉力计到雷达）的性能比较，分析得极其透彻，甚至列举了不同品牌设备在极端温度下的可靠性差异，这种细节的把控力，体现了作者对行业生态的深刻理解。与其说它是一本关于“地面控制”的书，不如说它是一部关于“风险管理的哲学”。它成功地将物理学的严谨性、工程学的实用性，以及一丝丝对人类活动边界的敬畏感融合在了一起，形成了一种独特而有力量的文本。读罢全书，我感受到的不是知识的堆砌，而是一种对地下世界复杂性的深刻理解和敬畏之情。

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