隋旺華

(中國礦業(yè)大學， 資源與地球科學學院， 徐州 221116， 中國)

0 引 言

“向地球深部進軍”已經(jīng)成為新時代的國家科技戰(zhàn)略(何滿潮等， 2005； 謝和平， 2019； 彭建兵等， 2020)。礦山安全生產(chǎn)一直受到黨和政府的重視。以煤炭礦山為例，在“十五”至“十三五”期間，國家和有關企業(yè)以科技創(chuàng)新促進安全生產(chǎn)，在國家重點研發(fā)和企業(yè)科技創(chuàng)新項目等支持下，經(jīng)過廣大研究人員、技術人員和管理人員的共同努力，煤炭安全已經(jīng)得到重大的改善，總體安全形勢已經(jīng)好于發(fā)達國家本世紀初的水平(圖 1)。但是，隨著開采深度的增加和開采強度的加大，以及整個開發(fā)重心向西部轉移，煤礦地質災害產(chǎn)生的機理愈加復雜，防控技術瓶頸沒有得到很好的解決，無論在理論支撐，還是關鍵技術裝備創(chuàng)新方面，都面臨著很多挑戰(zhàn)。

圖 1 我國煤礦百萬噸死亡率Fig. 1 Million tones mortality rates in Chinese coal mines

煤炭礦山復雜的地質條件，特別是含煤地層的地質特性決定了煤礦是一個高危的生產(chǎn)場所。煤礦中常見的五大礦井災害中，大多數(shù)都和地質條件密切相關，例如，沖擊地壓、煤與瓦斯突出、頂板災害、水害等礦山地質災害等。目前，我國生產(chǎn)礦井中，鑒定為沖擊地壓的礦井有132對，涉及超過195個主采煤層，其煤炭產(chǎn)量占我國總產(chǎn)量的12%左右(潘一山等， 2021)。我國高瓦斯礦井約占70%，煤與瓦斯突出礦井達1192對，已發(fā)生約2萬次突出事故，約占煤礦總事故的27%(袁亮等， 2018)。2010～2019年間，共發(fā)生2536起頂板事故，占同期事故總起數(shù)的44.41%，死亡人數(shù)3208人，占總死亡人數(shù)的32.28%(康紅普等， 2020)。2000～2020年，全國煤礦發(fā)生水害757起，死亡3764人，經(jīng)濟損失位居各類災害之首(圖 2)。近3年來，隨著開采深度和開采強度加大，這些災害發(fā)生的數(shù)量、頻度和強度也明顯加劇。密集發(fā)生了山東龍鄆(2018年10月20日， 21人遇難)、吉林龍家堡(2019年6月9日， 9人遇難)、河北唐山(2019年8月2日， 7人遇難)、云南曲靖(2020年2月29日， 5人遇難)、山西朔州(2020年11月11日， 5人遇難)、山西左權(2021年3月25日， 4人遇難)、貴州東風(2021年4月9日， 8人遇難)等多起震驚全國的沖擊地壓、煤和瓦斯突出等動力災害事故(齊慶新等， 2019； 張超林等， 2021)。2005年以來，水害事故總體呈現(xiàn)下降趨勢，但是，近期水害事故又有抬頭的趨勢，先后發(fā)生了湖南耒陽突水事故(2020年11月29日， 13人遇難)、新疆維吾爾自治區(qū)呼圖壁豐源煤礦突水事故(2021年4月10日， 21人遇難)、山西忻州大紅才鐵礦斜井突水事故(2021年6月10日， 13人遇難)、陜西榆林郝家梁煤礦30108綜采工作面頂板突水潰砂事故(2021年7月5日， 5人遇難)。

圖 2 全國水害事故起數(shù)和遇難人數(shù)(2001～2020)Fig. 2 Accidents and casualties in Chinese coal mines(2001～2020)

每一次礦難都給人民的生命財產(chǎn)造成了慘重的損失，因此，進一步提升科學技術對礦山安全的支撐，減少和遏制重特大事故的發(fā)生，是面向經(jīng)濟建設主戰(zhàn)場的國家重大需求。礦山安全防控涉及到多學科多系統(tǒng)，是一個復雜的系統(tǒng)工程和典型的復雜工程問題，而其中的地質條件和成災機理研究是事故防控中最重要的基礎工作。但是，目前還沒有系統(tǒng)的研究安全地質的學科和人才培養(yǎng)體系，礦山企業(yè)也沒有相應的安全地質工作部門和工作機制，致使礦山安全地質工作基礎薄弱、力量聚焦不夠，沒有形成徹底解決這些問題的地質基礎。因此，建立礦山安全地質學新的交叉學科，進行礦山安全地質基礎理論研究、提出礦山地質災害防控技術已經(jīng)刻不容緩。

基于以上認識，筆者在中國礦業(yè)大學開設了博士生課程“安全地質學”，提出建立安全地質學學科，并對礦業(yè)工程、安全工程、地質資源與地質工程等有關專業(yè)開展了人才培養(yǎng)(Sui， 2013)。在此基礎上，本文針對礦山建設和采掘中的主要安全地質問題，簡要介紹了礦山安全地質學的概念、內(nèi)容框架、主要礦山安全地質問題、研究方法、安全地質問題風險評價，并對礦山安全地質防控關鍵技術與裝備等方面的發(fā)展趨勢進行了論述。在2020年11月15日于中國礦業(yè)大學召開的能源資源與地球科學發(fā)展論壇會議期間，筆者向彭建兵院士匯報了在《工程地質學報》編輯“深部礦山安全地質”專輯的想法，得到他的熱情支持和鼓勵。2020年12月29日由《工程地質學報》編輯部郭靜蕓發(fā)布了征稿通知。所有征文都按照學報規(guī)定的程序嚴格評審，共錄用論文21篇。本文也簡要綜述了本專輯收錄的主要文章。期望本專輯的出版，能為深部煤礦地質災害理論研究及災害防控提供一定的科學支撐，同時，也希望更多的工程地質工作者深入礦山，為解決礦山安全地質問題提供智力幫助。

1 礦山安全地質學概述

1.1 礦山安全地質學的交叉學科屬性

安全科學于1974年由南加州大學首次提出。Kuhlmann于1981年發(fā)表《安全科學導論》，奠定了安全科學的基礎(Kuhlmann， 1986)。1992年頒布的國家標準《學科分類與代碼》，將安全科學與技術作為一門獨立學科，并設置5個二級學科。中南大學吳超教授闡釋了安全學科與其他學科的相互聯(lián)系和滲透，認為目前的絕大數(shù)學科，加上“安全”二字都是成立的，例如，安全地球物理學、安全地質資源與地質工程、安全地質學等等(吳超， 2007)。

地質學有超過200多年的歷史，現(xiàn)代工程地質學和土力學也有100多年的歷史。聯(lián)合國亞洲及太平洋經(jīng)濟社會委員會出版的“亞洲城市的地質安全狀況”，表達了對亞洲城市發(fā)展中地質安全的擔憂(ESCAP， 2003)。顯然，在土木工程和采礦工程中，安全問題和地質問題密不可分。許多所謂的城市地質問題、礦山地質問題歸根結底就是安全地質問題。因此，安全科學和地質學這兩個學科的結合已經(jīng)成為兩學科研究人員與工程師的共識。我國礦山地質工作者早在1986年就在成都召開了煤炭學會礦井地質專委會專題討論礦山安全地質因素(圖 3)。

圖 3 1986年7月全國煤礦安全地質因素學術交流會在成都召開 (感謝安徽理工大學吳基文、趙志根教授提供照片)Fig. 3 Delegations of a symposium on mine safety geological factors in Chengdu， July 1986 (Photograph courtesy of Professors Wu Jiwen and Zhao Zhigen from Anhui University of Science and Technology)

安全地質學被定義為與調(diào)查、研究和解決與項目規(guī)劃、設計、施工和運營有關的安全地質問題的學科(Sui， 2013)。該定義的范疇較大，涉及到整個地質環(huán)境的安全問題，例如，礦山安全地質問題、城市安全地質問題、社會安全地質問題、災害地質問題和健康安全地質問題發(fā)生機制和過程的演化特征，安全地質問題防治關鍵理論和技術等。

礦山安全地質學則是安全地質學在礦山領域的分支，覆蓋了安全科學、礦業(yè)科學與工程和地質學的交叉范疇(圖 4)。

圖 4 礦山安全地質學-地質學、安全科學、 礦業(yè)科學與工程的交叉學科(據(jù)Sui， 2013修改)Fig. 4 Mine safety geology-an inter-discipline among geology， safety science and mining science and engineering (modified after Sui， 2013)

圖 5 礦山安全地質學的相關學科(據(jù)Sui， 2013修改)Fig. 5 Related disciplines of mine safety geology (modified after Sui， 2013)

1.2 礦山安全地質學與其他學科的關系

礦山安全地質學與其他學科密切相關，如果培養(yǎng)一個較為全面的礦山安全地質工程師，需要許多不同學科基礎，特別是要有較好的地質基礎，如水文地質學、工程地質學、礦山地質學等(圖 5)。和礦山地質學的其他分支相比，礦山安全地質學側重于從地質學角度解決礦山的安全問題，與傳統(tǒng)的礦業(yè)工程師、地質工程師的培養(yǎng)要求不同，著重從安全問題形成的地質機理出發(fā)，更好地為解決礦山安全地質問題服務。例如，利用地球物理和地質勘探進行安全地質條件調(diào)查和研究； 礦山瓦斯、突水、礦震等危險源辨識與風險評估； 其他地質災害的預測與治理； 礦山安全應急管理與救援； 安全地質法規(guī)和政策等等。

1.3 礦山安全地質學的內(nèi)容框架

筆者于2013年曾提出礦山安全地質學內(nèi)容主要包括礦山安全地質模型、危險源探測與辨識、危險性評價、應急處置和管理中的安全地質工作等(Sui， 2013)。結合近年來礦山安全的需求和研究進展，礦山安全地質學的主要內(nèi)容應該包括：(1)礦山安全地質問題分類及孕災機制，包括水害、瓦斯災害、沖擊地壓、熱害等形成的地質基礎、賦存環(huán)境，與采掘活動的互饋機制，災害形成的多場耦合機制； (2)礦山災害危險源的辨識、評價，包括各類危險源(能量、氣、水、采掘擾動等)的靜態(tài)、動態(tài)辨識和評價； (3)礦山危險源、賦存地質環(huán)境演化的探測與定位，大數(shù)據(jù)采集與分析； (4)礦山安全地質風險評價與預測，分析各類災害問題的主控因素，進行風險動態(tài)評價與預測； (5)礦山安全地質監(jiān)測預警的關鍵理論與技術； (6)礦山安全地質工程治理措施的原理、方法與關鍵技術； (7)礦山應急處置和應急管理中的安全地質工作，礦山安全地質工作的長效機制； (8)礦山安全地質有關技術法規(guī)等。

1.4 礦山安全地質學的方法論

礦山安全地質學方法論的前提(也可以稱為公理)是：(1)在天然狀態(tài)下，地質體(具有一定的物質組成和結構——三相組成、結構構造、各類空隙)賦存在一定的地質環(huán)境和能量狀態(tài)中，在一定的溫度、壓力、化學場等多場條件下保持著動態(tài)平衡； (2)人類礦山采掘工程活動將打破原有的動態(tài)平衡，表現(xiàn)出能量釋放、流體釋放或者壓力變化、結構改組重構，這個過程中或者其后果便可能形成災害事故，并達到新的平衡； (3)如果采用主動地質工程措施使其足以抑制災變的發(fā)生，或者促成在新的平衡狀態(tài)下，能量釋放(例如巖體中的能量)或者物質釋放(例如水、瓦斯)不能造成破壞或者突破天然阻隔(例如隔水層)或人工阻隔(例如注漿帷幕)，就能做到對災害的有效防控。

參考Price et al.(2009)提出的3個關系式，可以對安全地質問題地質基礎條件提出3個簡單的表達式：

物質材料特性+結構構造=地質體的特性

地質體的特性+賦存的地質環(huán)境和能量狀態(tài)=地質體的安全狀態(tài)

地質體的安全狀態(tài)+采掘工程擾動=地質體的工程安全行為

地質材料特性是安全地質研究的物質基礎，包括巖土性質、流體(水、瓦斯等氣體)性質等，結構構造主要是指地質構造、巖體結構等，材料性質和結構特性組合成為地質體的特性。研究的地質體的范圍需要根據(jù)地質構造單元和地質條件界定。賦存的環(huán)境包括地質環(huán)境：地溫、地應力、地下水、地下氣體等，也包括廣義的氣候、自然災害、動力過程和時間等； 賦存的能量狀態(tài)是地質體在地應力、流體壓力、重力、地質邊界等限制下所具有的彈性能、勢能等能量特征，它是形成沖擊地壓、巖爆、突水、煤和瓦斯突出等礦山動力地質災害的重要根源。在采掘活動劇烈擾動下，是否會產(chǎn)生災害事故，就是地質體的工程安全行為； 如果評價表明會產(chǎn)生災害，就要采取相應的防控措施，例如，通過開采解放層預防沖擊地壓、疏降水位預防突水、預先抽放預防瓦斯突出等。

礦山安全地質學具有交叉學科屬性和綜合特性，因此，其研究方法應包括系統(tǒng)分析方法、成因演化分析方法、結構分析方法、相互作用分析方法、試驗監(jiān)測預警方法等。

1.4.1 系統(tǒng)分析方法

系統(tǒng)分析方法是從區(qū)域地質環(huán)境背景出發(fā)，到礦區(qū)地質單元，再到礦山地質單元的分析方法。以礦井突水問題為例，先從區(qū)域地下水系統(tǒng)入手，再到水文地質單元分析，然后建立礦山水文地質結構，進行危險源的辨識、評價和突水危險性評價，最終提出防控措施。

1.4.2 成因演化分析方法

成因演化論是地質學的基本理論，也是礦山安全地質問題分析的基本方法。礦山采掘之前，地質體經(jīng)歷了漫長的地質演化過程，因此，全面客觀地認識地質體的地質構造演化、結構演化、能量演化、物質演化、賦存環(huán)境演化(地應力、地下水等)，對于認識采掘活動的影響具有重要的基礎意義。將采掘引起的改變置于時空演化過程。例如針對礦山突水問題，分析充水條件的演化，進行危險源的動態(tài)辨識和突水危險性的動態(tài)評價，并隨著采掘活動的進行不斷完善防控措施。

1.4.3 結構分析方法

巖體結構控制論對于安全地質問題同樣適用，以巖體結構控制論為指導，以“物質(固+流體)+結構+環(huán)境”為研究對象，分析地質邊界變化、巖土體結構改造，結合采掘引起的物質與能量的變化，分析巖土體結構對礦山地質災害的控制作用。例如，可以通過地質工程措施改變礦山水文地質結構，將含水透水結構改造成隔水結構； 通過開采保護層，防治煤和瓦斯突出等等，就是通過地質體結構改變進行災害防控的典型案例。

1.4.4 相互作用分析方法

由于礦山安全地質學的交叉學科屬性和為安全生產(chǎn)服務的目的，安全內(nèi)部構造的“人”、“物”和“人-物”的“三要素”，存在著相互作用，安全內(nèi)部結構和外界環(huán)境之間也存在著物質、能量和信息的交換，因此，要分析他們之間的動態(tài)作用。同時，由于礦山安全地質學的研究對象的物質組成、結構和賦存環(huán)境的復雜性，加之人為工程擾動的影響，因此，需要分析研究多場、多相、多介質相互作用的復雜非線性系統(tǒng)，解決復雜系統(tǒng)相互作用的安全地質問題，以提出優(yōu)化途徑和措施。

1.4.5 觀測、試驗、監(jiān)測和預警方法

觀測、試驗、監(jiān)測和預警的基本原理可以用于各類安全地質問題的研究和防控。通過監(jiān)測預警數(shù)據(jù)，建立監(jiān)測預警模型和預警平臺，為建立礦山地質災害智能判識和超前預報奠定基礎。例如，基于微震技術的動力災害監(jiān)測預警的應力場-震動場-能量場“三場準則”及指標體系、動力災害的風險智能判識理論與技術體系、監(jiān)測預警云平臺系統(tǒng)等(竇林名等， 2021)。又如，煤礦突水的電法和微震監(jiān)測系統(tǒng)等(靳德武等， 2021； 楊海平等， 2021)。

1.5 礦山安全地質工作機構與人才培養(yǎng)

目前，礦山?jīng)]有專門的安全地質工作技術管理機構，礦山防治水工作一般歸屬地質測量部門，煤和瓦斯突出一般在技術部門或者地測部門，或者在專門的一通三防部門，沖擊地壓管理等一般在生產(chǎn)技術部門或者相對獨立的防沖管理部門。鑒于礦山地質安全問題對地質基礎工作具有強烈的依賴性，建議設立安全地質技術部門，統(tǒng)籌各類安全地質問題的技術管理與防控。同時，建議在地質資源與地質工程、安全科學與工程或者礦業(yè)工程一級學科下，設立相應的研究方向，培養(yǎng)礦山安全地質人才，在地質工程、安全工程、采礦工程等專業(yè)開設礦山安全地質學課程，突出礦山安全地質條件、礦山安全地質問題、礦山地質災害方面的內(nèi)容，培養(yǎng)學生從地質學原理出發(fā)研究和解決復雜安全地質問題的能力。

2 礦山安全地質問題

2.1 礦山安全地質問題的命名和分類

礦山安全是要考慮人的因素(人的不當行為、失誤等)、物的因素(材料或者設備故障)、環(huán)境因素(地理、天氣、地質條件、賦存地質環(huán)境等)、人-物相互作用因素和管理因素(礦山、政府、監(jiān)管等)等。對于礦山安全地質問題的命名和分類尚沒有系統(tǒng)的研究，目前主要是根據(jù)安全事故的形成特征和現(xiàn)象進行分類，例如突水、沖擊地壓等。在礦山地質災害命名中一般考慮災害產(chǎn)生的物質和災害行為，例如巖爆、煤炮(沖擊地壓的一種形式)、煤和瓦斯突出、頂板垮落等； 也有的直接用動賓結構表示問題發(fā)生的行為和物質，例如突水、潰砂、冒頂?shù)?。宮鳳強等(2021)在本專輯論文中，通過大量歷史文獻綜述，詳細討論了巖爆和沖擊地壓的區(qū)別，提出可以用“煤沖擊”代替沖擊地壓?？梢姡V山安全地質問題的分類值得進一步探討和分析。穩(wěn)定性問題一般屬于礦山工程地質學研究范疇，當然其中部分問題也可以劃入安全地質問題范疇?？紤]到安全生產(chǎn)和監(jiān)管的習慣，暫使用礦山安全規(guī)程和有關細則中安全問題的有關名詞術語。常見的礦山安全地質問題有：煤與瓦斯突出、頂板垮落、巖爆、沖擊地壓、礦井突水、突水潰砂、井筒破壞、巷道圍巖失穩(wěn)、開采塌陷、尾礦壩失穩(wěn)、露天礦邊坡失穩(wěn)、排土場邊坡失穩(wěn)、硫化氫及一氧化碳等有毒有害氣體中毒、煤自燃等等。

2.2 礦山安全地質問題的控制因素

礦山安全地質問題受到自然因素和人為因素以及兩者之間的相互作用控制，按照上述3個表達式，在物質組成方面要重視固液氣三相、巖性巖相、工程地質單元、巖土體的物理力學性質、流固耦合作用特性的研究和分析； 在結構與構造方面，要重視巖體結構、巖層組合、堅硬頂板、斷層、褶皺等對地質災害的控制研究； 在賦存地質環(huán)境方面要重視地應力、地溫、地下水流場、瓦斯氣體流場、富水性等方面的研究； 采掘擾動方面應該重視人類工程活動對地應力場、水動力場、地溫場、化學場耦合的擾動，重視能量轉化的研究。

以煤炭礦山為例，含煤地層的物質組成、地質構造、賦存環(huán)境特別是原巖應力場與采動重分布應力場是安全地質問題產(chǎn)生的主要控因。構造因素對煤礦動力地質災害有重要控制作用(曹代勇等， 2020)，主要成果已有煤礦瓦斯賦存地質構造逐級控制理論(張子敏等， 2013)、斷層沖擊地壓機制(潘一山等， 1996； Cai et al.，2020)，沖擊地壓黏滑失穩(wěn)理論(齊慶新等， 2019)、煤與瓦斯突出預測和沖擊地壓預測的地質動力區(qū)劃方法(張宏偉等， 2016)等。具體來說，礦山安全地質問題的主要控制因素包括：煤巖性質與結構、巖相變化、覆巖結構、堅硬厚層頂板、斷裂構造、褶皺構造、水文地質結構、含水層富水性、水壓等。采區(qū)布置、工作面布置、開采順序、開采方法、頂板管理方法是決定對地質環(huán)境擾動的關鍵因素，同時，管理、法規(guī)、安全文化等因素也同等重要。

2.3 深部礦山安全地質問題概述

本專輯主要面向深部礦產(chǎn)資源開發(fā)與地質環(huán)境相互作用機制，安全地質問題產(chǎn)生的機制與防控等科學技術問題。錄用發(fā)表的論文，反映了深部礦山建設中的井筒、巷道、采場的穩(wěn)定性工程地質、礦產(chǎn)資源開發(fā)誘發(fā)的沖擊地壓、巖爆、突水潰砂等礦山地質災害產(chǎn)生的機理、監(jiān)測預警、防控技術等方面的最新進展及成果，也探討了深部礦山工程地質、水文地質和安全地質方向亟待解決的關鍵科學技術問題。錄用的論文絕大數(shù)都得到了國家自然科學基金或者重點研發(fā)計劃的資助，這也說明了國家對深部礦山安全地質基礎研究的重視和支持。

2.3.1 礦山安全地質條件

針對裂隙巖體變形破壞、礦區(qū)深部原巖應力場的論文有2篇。

采掘重分布應力場取決于原巖應力場在采掘擾動下的變化，他們決定了煤巖體的應力環(huán)境、應力路徑與破壞模式，是沖擊地壓、突水潰砂、煤和瓦斯突出等地質災害發(fā)生的主控因素之一。吳基文等(2021)采用水壓致裂法實測和分析，研究了淮南煤田潘集煤礦外圍勘查區(qū)的地應力分布規(guī)律，為勘查區(qū)礦井規(guī)劃與煤炭開采設計提供了科學依據(jù)，這種系統(tǒng)的深部實測地應力研究，對于深部礦山安全地質問題研究和解決是重要的基礎依據(jù)，應該在深部勘探中有明確的地應力勘探和研究的要求。王文學等(2021)基于PIV技術，采用相似材料預制貫通單裂隙巖體試件并開展壓-剪試驗，探究了裂隙開度對貫通單裂隙試件的強度、變形及破壞過程的影響，對深部裂隙巖體變形破壞機理、貫通導水裂隙演化和涌水量的預測防治有積極意義。鮑園等(2021)對最近4年間發(fā)表在國際煤地質學期刊上論文進行統(tǒng)計分析，探討了當前煤地質學研究的熱點內(nèi)容及未來發(fā)展方向，是煤炭資源安全開采的地質基礎。

2.3.2 礦山井巷安全地質

礦山井巷圍巖穩(wěn)定性研究是傳統(tǒng)的研究領域，有5篇論文。

周鑫等(2021)提出了地層沉降協(xié)調(diào)法用于防治礦山立井井壁破壞的設想，并進行了立井井壁變形破壞防治的試驗研究，對地層沉降協(xié)調(diào)法消除附加應力的有效性進行了分析，結果表明地層沉降協(xié)調(diào)法可以明顯降低沉降過程中井壁縱向應變突增值與穩(wěn)定值以及豎向力與最大主應力，同時可以保持井壁橫向變形及受力的穩(wěn)定。于世波等(2021)以河北杏山鐵礦大垮塌主溜井滿井狀態(tài)下封堵工程為研究背景，針對地下工程中松散體問題治理的難題，提出了大體積松散體中水泥-水玻璃漿液可控灌注的方法，并通過試驗和現(xiàn)場實踐，將可控灌注問題分解為漿液一維豎向優(yōu)勢滲流和單段灌注漿的周向時空擴散，揭示了大體積松散體中漿液擴散的時空演化機理，結果表明松散體中水泥-水玻璃漿液一維豎向優(yōu)勢滲流的擴散距離與時間呈以自然常數(shù)e為底的指數(shù)函數(shù)關系。馬鳳山教授團隊的孫琪皓等(2021)和李光等(2021)提出了巷道損傷區(qū)的新概念，并通過離散元數(shù)值模擬研究了金川礦區(qū)深部巷道開挖引發(fā)的巷道損傷區(qū)演化機理，為巷道損傷破壞區(qū)域的針對性防治措施的制定及實施提供了基礎； 并且，提出了一套節(jié)理圍巖巷道開挖的物理模型試驗方法，應用于金川礦區(qū)典型的菱塊狀圍巖巷道，驗證了其可靠性及實用性，為深部節(jié)理圍巖巷道開挖穩(wěn)定性相關問題的研究提供了一種新的手段。張大明等(2021)提出了解決復采煤層回采巷道受雙重采動影響下的支護問題，采取補強支護方案后，巷道頂板破碎區(qū)變形得到了很好的控制，并實現(xiàn)了工作面的安全高效回采。

2.3.3 礦山采掘誘發(fā)突水和突水潰砂

突水和突水潰砂是深部煤層安全開采的主要威脅之一，其成災機制與地質環(huán)境條件密切相關，采掘誘發(fā)的裂隙導通含水(砂)層是主要的原因，因此，研究煤層頂?shù)装辶严栋l(fā)育演化及充水來源對煤礦安全生產(chǎn)具有重要意義。這次錄用4篇相關論文。

陳凱等(2021)通過分形幾何和離散元數(shù)值模擬結合的方法研究了西部礦區(qū)高強度開采過程中弱膠結覆巖采動裂隙網(wǎng)絡演化，將弱含水覆巖裂隙從分形演化角度劃分了4個階段，即快速升維階段、快速降維階段、平穩(wěn)穩(wěn)維階段以及周期性變維階段，為西部礦區(qū)的安全開采和水資源的保護提供了科學依據(jù)。陳陸望等(2021)依據(jù)徑向基函數(shù)神經(jīng)網(wǎng)絡建立了考慮覆巖結構影響的近松散層開采導水裂隙帶發(fā)育高度預測模型，預測結果的相對誤差遠低于經(jīng)驗公式，為近松散層開采導水裂隙帶發(fā)育高度的合理確定提供了理論支持。張培森等(2021)總結論述了離層動態(tài)發(fā)育機制、突水致災機理和突水預測預控技術3個方面的研究進展，依托國家防治水工程技術中心，提出了在地面鉆孔抽取離層水的技術，在招賢煤礦離層水防治中取得成功，解決了一大技術難題，該文還展望了光纖探測、抽疏(截)聯(lián)動預控、無損采礦等防治離層水害的研究新方向。董東林教授團隊的丁甲等(2021)研究了淮南口孜東礦巨厚松散層水體下開采覆巖導水裂隙帶高度、采動引起的覆巖垂向滲透系數(shù)和水力梯度變化、四含與紅層的臨界水力梯度，從抗?jié)B透性破壞方面評價了煤柱的安全性； 論文從覆巖破壞、滲流場變化及抗?jié)B透性三方面開展聯(lián)合研究，形成了厚松散含水層下開采安全評價的系統(tǒng)方法，具有很好的推廣應用價值。

2.3.4 礦山?jīng)_擊地壓與巖爆

沖擊地壓和巖爆防控方面的論文有3篇。隨著開采深度加大，沖擊地壓和巖爆發(fā)生頻次大幅度增加，往往造成重大災害事故。竇林名等(2021)針對深部煤層開采的沖擊地壓問題，總結了沖擊地壓研究現(xiàn)狀，提出了沖擊危險“應力-震動-能量”三場耦合監(jiān)測原理，建立了沖擊危險應力場-震動場-能量場三場多參量綜合監(jiān)測預警技術體系，并構建了多參量帶權重的時空預警模型，開發(fā)了基于大數(shù)據(jù)和云平臺技術的煤礦沖擊地壓風險智能判識與多參量監(jiān)測預警云平臺，提高了沖擊危險監(jiān)測預警效能； 成果有力推動了沖擊礦壓研究，可為沖擊地壓礦井安全生產(chǎn)提供重要指導。宮鳳強等(2021)在回顧沖擊地壓和巖爆研究史的基礎上，認為巖爆和沖擊地壓在賦存條件、發(fā)生介質、表現(xiàn)現(xiàn)象、誘發(fā)機理等方面均存在很大區(qū)別，并明確了各自的定義，提出理應區(qū)別對待巖爆和沖擊地壓。巖爆專指發(fā)生在深部硬巖礦山巷道、深埋隧道(隧洞)等礦柱或洞壁部位的巖石爆裂、彈射或崩落現(xiàn)象，伴隨不同程度聲響； 沖擊地壓則專指發(fā)生在深部煤礦中大體量煤塊拋出或煤體整體移動，并伴隨巨響、巖體震動、氣浪或沖擊波，并有可能造成頂?shù)装迤茐纳踔链輾锏?。該文還就沖擊地壓的術語和進一步研究方向提出了建議。李兵等(2021)提出了線性密集切頂防沖護巷技術以應對深部采掘擾動區(qū)域受沖擊與巷道變形的雙重威脅，給出了采掘擾動工況下的最佳關鍵塊斷裂線位置，通過巷道圍巖觀測與微震監(jiān)測，表明該技術能夠有效減弱迎采巷道的圍巖變形，同時降低正在開采的工作面礦壓顯現(xiàn)與沖擊危險性。

2.3.5 礦山地下水水源判別

礦井水源判別對水害防治具有重要的指導意義。本次錄用2篇文章，其中一篇涉及到礦井地下熱水水源識別。桂和榮教授團隊的許繼影等(2021)以淮北煤田青東煤礦深層地熱水為研究對象，結合地下水循環(huán)及構造條件，對深層地熱水的水文地球化學特征和水源進行了系統(tǒng)研究和識別； 結果表明深層地熱水的水化學成分主要受到水巖作用和離子交替作用共同控制，其作用強度相比非地熱水而言要強，而地熱水由深部奧灰水補給，通過分析水的化學成分進而識別水源對礦井水害的預防工作有重要的指導作用。王強民等(2021)構建了不同充水含水層水化學和氘、氧同位素基礎特征值，結合不同煤礦含隔水層組合和導水裂隙帶發(fā)育高度，綜合識別了淺埋區(qū)、中深埋區(qū)和深埋區(qū)多個煤礦的礦井水來源及比例，為礦井防治水提供了重要依據(jù)。

2.3.6 安全地質監(jiān)測預警新技術

礦山地質災害的監(jiān)測預警是近年來研究的熱點和難點問題，在理論分析和預測預報的基礎上，采用現(xiàn)場實測、監(jiān)測，獲取災害發(fā)生的主控前兆因子，建立預警模型，不僅可以服務于礦山安全，而且還可以對災害發(fā)生機制進行更加深入的認識。本次收錄3篇論文涉及圍巖變形破壞的光纖監(jiān)測、煤層頂?shù)装迤茐牡奈锾酵奖O(jiān)測、底板突水監(jiān)測預警等。

孫斌楊等(2021)總結分析了現(xiàn)有圍巖變形進行實時監(jiān)測的不同類型分布式光纖傳感測試技術(DFOS)的工作原理、優(yōu)缺點及適用條件，并對基于DFOS的采場圍巖變形監(jiān)測發(fā)展趨勢提出了展望和建議。劉盛東教授團隊的楊海平等(2021)基于并行電法監(jiān)測技術，結合雙模式電極數(shù)據(jù)采集方式，首次得到采動前后煤層圍巖頂?shù)装迤茐臓顟B(tài)分別與電阻率及自然電位同步響應特征，指出采用多參數(shù)對煤層頂?shù)装宀蓜悠茐倪M行同步動態(tài)監(jiān)測，對保障采動工作面安全回采具有現(xiàn)實應用價值。靳德武等(2021)以葛泉礦東井11916工作面底板突水監(jiān)測工程為背景，結合微震監(jiān)測原理，提出基于微震能量密度及巖層破裂連通度反演導水通道的識別技術，得到11916工作面內(nèi)陷落柱區(qū)域存在1～3條主導裂隙，通過視電阻率監(jiān)測數(shù)據(jù)驗證了導水通道的存在，表明了以微震能量密度及連通度表征底板巖層采動裂隙的導通性的可行性，為推動微震監(jiān)測技術在底板水害防治中的應用提供了一條新途徑。

3 礦山安全地質風險評價

礦山安全地質風險評價包括系統(tǒng)危險源的分類與辨識、系統(tǒng)危險性評價。

礦山安全地質危險源(Hazard)是指可能對礦山安全造成威脅或誘發(fā)礦山地質災害的根源。風險(Risk)包括兩部分，一是礦山地質災害發(fā)生的可能性，二是造成的影響(財產(chǎn)損失、環(huán)境破壞以及人員傷亡等)(Crozier et al.， 2005; OHSAS， 2007; Bahr， 2014; WHO， 2020)。礦山安全地質工作主要分為3個部分，危險源分析、危險性評價以及危險源控制，研究步驟如圖 6所示。危險源分析是識別危險源、評價危險源、控制危險源的過程(Bahr， 2014)； 危險性評價是計算并評估風險，并確定適當?shù)娘L險控制措施以將風險降低到可接受風險水平的過程(WHO， 2020)。

圖 6 礦山安全地質研究步驟Fig. 6 Research process of mine safety geology

礦山安全地質風險評價的對象是礦山地質災害，目前一般分為兩大類，發(fā)生在地表的地面塌陷、滑坡、泥石流等； 發(fā)生在地下空間的瓦斯、突水、頂板、礦震或沖擊地壓等，因其發(fā)生在有限的地下空間而更為復雜(郭維君等， 2010； 邵林等， 2011)。本文主要關注地下礦山安全地質問題。

3.1 礦山安全地質危險源辨識

危險源辨識是一個復雜的、綜合的信息收集及處理過程。需要對系統(tǒng)或子系統(tǒng)中所有元素、每個過程以及相互作用關系進行分析，包括人、設備、環(huán)境以及三者之間的相互關系。

危險源分類普遍采用基于能量意外釋放理論提出的“3類危險源”分類，將危險源分為能量載體或危險物質，物的故障、物理環(huán)境因素，組織管理因素3類(田水承等， 2007)。另外，江兵等(1999)提出了固有危險源以及觸發(fā)型危險源的分類。將礦山安全地質危險源可以分為人的不安全狀態(tài)、設備的不安全狀態(tài)以及環(huán)境的影響。

危險源辨識方法可以依據(jù)危險源辨識方向和人的意識進行分類。

一是根據(jù)危險源辨識方向進行分類，即從事故發(fā)生到危險源或危險源到事故，可以將危險源辨識方法分為3種類型(Willquist et al.，2003)：(1)前向事件追蹤(Forward event tracking)是將系統(tǒng)中的線性因果事件進行正向序列建模，通過系統(tǒng)各部分可能出現(xiàn)的失效模式來實現(xiàn)最終危險源識別的目的，如事件樹分析(event tree analysis， ETA)； (2)后向事件追蹤(Backward event tracking)是從已發(fā)生的事故開始分析，確定導致該危險或事故的不同路徑，與前向事件跟蹤策略一樣，后向事件追蹤方法將線性因果事件建模，但目的是識別導致某種危險或事故的可能和必要條件，如故障樹分析(fault tree analysis， FTA)；(3)形態(tài)學(Morphological)方法從分析潛在危險源(固有危險源及狀態(tài)危險源)開始，通過分析其導致事故的可能或必經(jīng)線路來實現(xiàn)，如能量分析(energy analysis， EA)、管理疏忽和危險樹分析法(management oversight and risk tree， MORT)、危險與可操作性分析(hazard and operability analysis， HAZOP)、安全檢查表(checklist analysis， CA)等(Willquist et al.，2003; Khanzode et al.，2012; Bahr， 2014； Crawley， 2020)。可綜合多種分析方法進行復雜的危險源分析，如宋四新(2018)提出了基于能量釋放理論及MORT事故樹的大型水電工程施工危險源辨識方法。

二是根據(jù)人的意識進行分類，可以將危險源辨識方法分為有偏(Biased)和無偏(Unbiased)辨識兩種。有偏辨識法的危險源辨識過程是事故發(fā)生后對已有信息進行分析或者是事故發(fā)生前期根據(jù)相似系統(tǒng)或本系統(tǒng)歷史信息進行系統(tǒng)危險源分析的過程，由此可見，前向及后向事件追蹤方法都屬于此種類型。無偏危險源辨識方法是不確定事故是否發(fā)生，也不假設事故的發(fā)生，從潛在的所有危險源為出發(fā)點借助某些設備或技術實現(xiàn)系統(tǒng)危險源辨識，即形態(tài)學危險源辨識方法。

在礦山安全地質研究中，既需要參考相似礦山地質問題歷史信息也需要現(xiàn)代科技裝備的支持，兩類危險源辨識方法應結合使用。礦山采掘是一個動態(tài)過程，應力場、地溫、地下瓦斯等有害氣體的流場、地下水流場等不斷發(fā)生變化，必然造成危險源也處于動態(tài)演化過程中，因此，危險源的動態(tài)識別及評價是在礦山安全評價及預防中必須考慮的。例如，礦井頂板突水問題，含水層富水性、頂板水壓、覆巖裂隙等隨著開采處于動態(tài)變化之中，可以對頂板突水的重要危險源(水源、通道、采掘擾動)采用微震、電法、光纖等進行實時監(jiān)測，獲得其動態(tài)變化，將對突水的危險性評價及預測準確性的提高具有很大的促進作用。

3.2 礦山安全地質危險源評價

危險源評價方法包括定性和定量分析方法以及定量定性組合方法(彭張林等， 2015)。

定性方法主要依靠專家自身的知識體系以及工程經(jīng)驗累積，結合系統(tǒng)環(huán)境以及人員設備等條件而進行的非量化評價方法，主要包括德爾菲法、專家調(diào)查法、HAZOP、故障類型及影響分析(FMEA)等。定量評價法一般是指用一種或多種指標反映系統(tǒng)中所存在危險性指數(shù)的大小。分為3個步驟：劃分危險源危險性等級，評價危險源觸發(fā)的可能性，計算危險性。

危險源危險性大小可由式(1)來計算，其中，Pc為可能性，C(ν)為可能產(chǎn)生的后果(Rowe， 1977)。Bahr(2014)提出利用定性或定量方法列出危險源發(fā)生的可能性以及可能造成的后果以評價危險源等級。除此之外，作業(yè)條件評價方法(LEC)在工程領域應用也較為廣泛(許滿貴， 2005； 朱淵岳等， 2009)，以危險性影響的3個主要因素，事故發(fā)生可能性(L)、人處在危險環(huán)境中的時間(E)以及事故產(chǎn)生的后果(C)通過一定的分數(shù)計算來評價危險性，見式(2)。

R=Pc·C(ν)

(1)

R=L·E·C

(2)

這并非完全意義上的定量方法，礦山安全地質問題研究中，事故發(fā)生概率以及事故損失的定量計算難度大，由于瓦斯、頂板、水災、礦震等事故危險源的危險性評價指標不同，災害防控原理和方法亦有很大不同，因此，對于不同種類的礦山地質災害的危險源的危險性，需要分別研究、建立評價方法和體系。

3.3 礦山安全地質危險性評價

礦山安全地質危險性評價屬于綜合性評價。

危險源的評價是對于某個危險源而言的，但是事故的發(fā)生必然存在一定的孕育過程和時間，多個危險源共同作用下在某個特定條件下導致事故的發(fā)生。

礦山安全地質危險性評價可以分為靜態(tài)評價和動態(tài)評價。礦山開采過程中，許多危險源是動態(tài)變化的，如瓦斯?jié)舛?、水壓、礦壓、巖體破裂情況等，而部分危險源可以視為靜態(tài)的，如煤層厚度、巖性等。目前，大部分危險性評價方法是基于恒定權重的靜態(tài)危險性評價，亟待研究和建立動態(tài)評價方法。

3.3.1 危險性靜態(tài)評價方法

定性評價方法主要有層次分析法、德爾菲法、相對比較法等。

定量評價方法主要包括模糊數(shù)學、灰色關聯(lián)分析(GRA)、可拓綜合評價方法、熵權法(EWM)、因子分析(PCA)、集對分析(SPA)、神經(jīng)網(wǎng)絡(ANN)等方法。

定量與定性方法相結合的綜合評價方法因其兼顧了經(jīng)驗與實測數(shù)據(jù)，應用最為廣泛，如AHP-EWM/GT/Fuzzy(劉偉韜等， 2000； 施式亮等， 2010)、Fuzzy-SPA(陳雪鋒等， 2019； 韓承豪等， 2020)、ANP-SPA(念其鋒等， 2013)等。綜合評價方法的核心是各指標權重的計算，定量及定性賦權法相結合的方法應用最為廣泛(王明濤， 1999)。定量方法需要依靠各評價指標的實測數(shù)據(jù)。

針對礦山不同類別的安全地質問題建立了各自的評價方法，例如，礦井突水危險性評價的突水系數(shù)法以及脆弱性指數(shù)法，沖擊地壓危險性評價的綜合指數(shù)法(歐陽振華等， 2012)等等。

煤礦安全地質危險性評價中，應該考慮的主要指標包括：地質危險源，包括巖性、地層、構造、賦存地質環(huán)境等； 人為因素、設備狀態(tài)等(周剛等， 2008； 蘭建義， 2015； 李博楊等， 2017)。以底板突水為例，可以選取含水層富水性、水壓、隔水層厚度、構造、人和設備狀態(tài)、埋深、采高、采煤方法、頂板管理方法等因素，評價靜態(tài)危險性或者某一狀態(tài)下的底板突水危險性，然后，再疊加危險性動態(tài)評價，以獲得礦山開采實際需要的評價結果，指導底板水害防控。

3.3.2 危險性動態(tài)評價方法

動態(tài)變權重可以反映礦山采掘過程中指標權重的動態(tài)變化，可以彌補定權評價的偏差。確定評價指標在不同時刻的權重系數(shù)(肖海平，2019)。還可以在不同時刻對被評價對象進行連續(xù)評價，通過時間權向量集結結果構成一組序列，得到最終的評價結果(張發(fā)明， 2018)，具體可以分為兩類，一是在原綜合評價時引入時間概念，二是監(jiān)測數(shù)據(jù)和危險性評價預測模型實現(xiàn)實時預測預報，譬如，煤礦突水監(jiān)測預警模型，就是基于微震、光纖等實時數(shù)據(jù)監(jiān)測，建立數(shù)學模型實現(xiàn)突水危險性評價預測(喬偉等， 2020； 連會青等， 2021； 靳德武等， 2021； 余國峰等， 2021)。

4 礦山安全地質學的重點研究方向建議

宜居地球在礦產(chǎn)資源開發(fā)領域首要的是保障資源開發(fā)的安全。因此，建議在“十四五”國家科研計劃和國家自然基金有關領域，加大對礦山安全地質問題的支持力度，為遏制礦山重大災害事故，特別是為深部礦產(chǎn)資源開發(fā)誘發(fā)的水害、沖擊地壓、煤和瓦斯突出、頂板垮落等災害的防控奠定地質基礎。

4.1 深部礦山安全地質基礎理論與應用

關鍵科學技術問題包括：深部礦山安全問題形成的區(qū)域地質構造控制機制； 深部礦山物質組成、地質構造、巖體結構、賦存地質環(huán)境(地應力、地溫、流場等)的時空演化規(guī)律； 深部礦山多相多場耦合條件下安全地質工程行為和時空演化規(guī)律； 深部礦山安全地質問題孕災機制和防控方法； 深部礦山安全地質危險源動態(tài)辨識與評價； 深部礦山安全地質探測關鍵技術與監(jiān)測預警； 深部礦山安全地質的人因工程學、安全倫理學問題； 深部礦山安全地質應急處置與應急管理等。

4.2 深部礦山水害防治理論與應用

關鍵科學技術問題包括：深部礦山水文地質結構表征刻畫與采動效應； 突水危險源動態(tài)辨識與危險性評價； 高承壓水流固耦合作用與突水致災機理； 區(qū)域防控與局部防控原理與方法； 高承壓裂隙和巖溶含水層注漿改造漿液擴散機理及封堵判據(jù)； 大型地表水體下安全開采、近松散層高勢能突水潰砂災變機理與防控； 高壓高溫擋水閘墻滲透變形破壞機理及穩(wěn)定性； 深部礦山地下水流場時空演化規(guī)律、深部礦山水源判別； 深部礦山突水通道精細探測、大通道封堵機理及關鍵技術； 采動誘發(fā)陷落柱、斷層突水機理與防控、老空區(qū)水害探測與防控、地震裂隙突水機理、采掘對注漿帷幕的影響機理； 深部礦山地下水存儲與利用； 深部礦山地下水污染與防治； 深部礦山水害應急救援及輔助決策系統(tǒng)等。

4.3 深部礦山巖爆和沖擊地壓防控理論與應用

關鍵科學技術問題包括：深部礦山硬巖巖爆形成機理與防控方法，深部沖擊地壓、礦震形成機理與防控方法； 深部動力災害發(fā)生的煤巖體(礦體)工程地質性質與地質環(huán)境條件、地質(構造)信息的精確實時探測、地質構造區(qū)域應力分布預測理論與探測方法、構造應力場與采動應力場的耦合演化規(guī)律、采動作用下地質構造區(qū)(體)的變形破壞規(guī)律、復雜地質條件采動覆巖運動規(guī)律、地質構造體的模擬理論與方法、地質構造危險定量評價方法； 地質構造體能量釋放與傳播規(guī)律、巖爆與沖擊地壓地球物理信息監(jiān)測方法與預警理論、多尺度監(jiān)測理論與方法； 煤巖破裂震動事件的快速識別、分類、震源機制反演與危險礦震的智能識別理論； 煤巖體區(qū)域改性與應力調(diào)整方法與技術、礦震對近地表巖土層的損傷機制與穩(wěn)定性量化表征、煤巖體破裂能量的誘導可控釋放與利用理論等。

4.4 深部礦山采掘空間圍巖和覆巖移動變形破壞和穩(wěn)定性控制

關鍵科學技術問題包括：深部礦山井筒、巷道圍巖擾動應力及圍巖破壞機理與防控； 礦體開采覆巖垮落和裂隙帶發(fā)育規(guī)律、覆巖離層發(fā)育機理、采動頂板巖層結構改組及失穩(wěn)防控； 充填開采覆巖破壞規(guī)律、充填體與圍巖共同作用； 復雜地形條件下開采覆巖移動變形、巨厚松散層采掘影響下孔隙水壓力變化和移動變形機理、“三下”(建筑物下、鐵路下、水體下)開采安全地質問題； 礦山開采對永久凍土層的影響機理等。

4.5 深部礦山瓦斯?jié)B流規(guī)律和突出機理和防控

關鍵科學技術問題包括：煤與瓦斯突出的地質構造控制機理、地質構造影響因子定量評價方法、地質構造的精確探測、構造應力場區(qū)域探測與預測理論、復雜地質構造含瓦斯煤體破壞模擬理論與方法； 深部高溫高壓高地應力地質環(huán)境下，深部瓦斯煤體的應力-滲流-熱-化學耦合作用規(guī)律、瓦斯在煤層和圍巖中的滲流規(guī)律、多孔介質多場耦合作用力學響應機理、氣固兩相多物理場動態(tài)耦合破壞機制； 煤與瓦斯突出災害區(qū)域風險判識方法、煤與瓦斯突出前兆信息精準識別； 深部沖擊-瓦斯復合災害機制、沖擊-瓦斯一體化監(jiān)測預警理論與方法、沖擊-瓦斯一體化防治理論等。

4.6 深部礦山熱害防控與利用

深部礦山熱害是持續(xù)性的區(qū)域性災害，關鍵的科學技術問題有：地熱異常形成機制及熱儲結構、礦井多熱源的協(xié)同作用致災機理； 地面大氣環(huán)境、圍巖與地下水熱場與采掘工作面熱害相互作用機理、多相多場耦合作用； 熱害防控關鍵技術與裝備、隔熱材料特性及應用； 礦山熱害對人身心健康損傷機理及勞動保護等。

4.7 深部露天礦山安全地質問題

深部露天礦安全高效開采是可持續(xù)綠色發(fā)展的保障，關鍵的科學技術問題有：深部露天開采地質保障理論與技術、深部高邊坡演化與時效穩(wěn)定性理論、極端環(huán)境下特殊土(巖)邊坡穩(wěn)定性理論、深部高陡邊坡空-天-地一體高精度監(jiān)測與預警理論、深部露天礦保水開采理論與技術、深部露天礦綠色疏水-排-堵水新技術與材料、深部露天極微巖土顆粒運移規(guī)律與監(jiān)測、深部露天礦環(huán)境擾動時空演化效應、深部露天礦固廢綠色處理方法、深部露天礦開采生態(tài)損傷與修復新技術與材料、深部露天礦運輸線路地基處理新技術與材料、露天礦綠色閉坑與生態(tài)環(huán)境修復技術等。

4.8 人工智能在深部礦山安全地質工作中的應用

近年來，由于深度學習技術的引入和芯片計算能力的增強，人工智能技術得到了快速的發(fā)展。在推薦系統(tǒng)、圖像識別、自然語言處理、智能機器人等諸多領域有著廣泛的應用。在礦山安全地質工作中，通過多維的、分布式的檢測設備，采集大量的礦山地質環(huán)境數(shù)據(jù)，通過人工智能算法提取信息、辨識危險源、進行風險評估、監(jiān)測預警。在礦難發(fā)生時，人工智能技術可以輔助救援機器人高效的執(zhí)行救援任務，縮短救援時間。人工智能技術在深部礦山安全地質危險源可視化探測、監(jiān)測、預警和救援中有廣闊的應用前景。

5 結 論

通過文獻綜述，論述了建立礦山安全地質學的必要性和重要性，介紹了礦山安全地質學概念、內(nèi)容框架、研究方法、主要礦山安全地質問題、風險評價等，提出了礦山安全地質學應進一步研究的關鍵科學技術問題。主要結論如下：

(1)安全地質學是調(diào)查、研究和解決與項目規(guī)劃、設計、施工和運營有關的安全地質問題的學科； 礦山安全地質學是安全地質學在礦山領域的分支，是地質學、安全科學、礦業(yè)科學與工程的交叉學科，側重于從安全問題形成的地質機理出發(fā)，為解決礦山安全地質問題服務。

(2)礦山安全地質學的主要內(nèi)容應該包括：礦山安全地質問題分類及孕災機制，礦山災害危險源的辨識、評價，礦山危險源、賦存地質環(huán)境演化的探測與定位，礦山安全地質風險評價與預測、監(jiān)測與預警的關鍵理論與技術，礦山安全地質工程治理措施的原理、方法與關鍵技術，應急處置、應急管理和技術法規(guī)等。

(3)從方法論的角度，建立了礦山安全地質問題地質基礎條件的表達式，由于礦山安全地質學的交叉學科屬性和綜合特性，其研究方法包括系統(tǒng)分析方法、成因演化分析方法、結構分析方法、相互作用分析方法、試驗監(jiān)測預警方法等。

(4)礦山安全地質風險評價工作應包括系統(tǒng)危險源的分類與辨識、系統(tǒng)危險性評價、危險源控制及其效果評判。在厘清各類礦山安全地質發(fā)生機制、主控影響因素的條件下，提出有效的礦山安全地質防控措施與應急管理方案。

(5)建議“十四五”期間國家科研計劃和國家自然基金有關領域，應加大支持的礦山安全地質主要方向。提出了深部礦山安全地質基礎理論與應用、深部礦山水害防治理論與應用、深部礦山巖爆和沖擊地壓防控理論與應用、深部礦山采掘空間圍巖和覆巖移動變形破壞和穩(wěn)定性控制、深部礦山瓦斯?jié)B流規(guī)律和突出機理和防控、深部礦山熱害防控與利用、深部露天礦山安全地質問題和人工智能在深部礦山安全地質工作中的應用等方向的關鍵科學和技術問題。

致 謝感謝彭建兵院士對本專輯選題給予的支持和鼓勵!感謝各位專家教授不吝賜稿!感謝《工程地質學報》編輯部郭靜蕓女士在組稿、審稿和出版過程中付出的辛勤努力!感謝中國礦業(yè)大學賀虎副教授、王丹丹博士生、陳歌博士后等在編寫過程中提供的有關資料和幫助!