随着资源的枯竭和国家地下战略空间的需求,竖井的建设深度不断增加,其穿越的地层环境复杂性也不断增加,导致其面临的灾害危险性加大。竖井作为地面与地下空间联通的重要管廊,研究其安全高效的打通对我们经济社会建设和科学发展具有重要的现实意义和战略意义。本文是国家十三五重点研发计划“深部金属矿建井与提升关键技术”重点课题“深竖井建设工程风险分析基础理论与方法”的组成部分,以纱岭金矿深竖井为工程背景,在多场探测的基础上,基于岩石细观的非均质特征,开展了竖井深部围岩渗透特征研究,建立了金属矿深竖井工程围岩涌水量预测与突水风险分析方法,研究成果为深部竖井建设和灾害防控提供重要的理论依据。(1)通过水压致裂技术、声波测量与岩芯统计结合方法、孔隙水压测试技术分析了纱岭建井区域1600m地应力、地层完整性、孔隙水压特征,获得了纱岭深部应力场、裂隙场、渗流场的分布规律。(2)针对岩石矿物分布的均匀性特征,从矿物识别及其受力变形方面对岩石矿物空间分布的均匀性进行分析,提出了基于CT扫描技术、DIC数字散斑技术和应变片变形测量技术的岩石矿物空间分布均匀性评价方法。基于岩石巴西劈裂过程中强弱相矿物破坏的声发射信号特征,提出了以多相系数及空间分布均匀度来表征岩石的非均质特征。(3)基于岩石非均质性评价方法,研究了岩石物理力学性能与非均质特征的相关性。通过高围压下三轴试验、水力耦合试验、CT扫描技术、声发射技术、核磁共振试验,分析了岩石受力过程中的变形破坏及其裂纹扩展与非均质特征的内在联系,揭示了深部岩石损伤演化过程中的渗透变异性,提出了岩石强弱相矿物临界破坏的声发射信号识别方法。(4)针对深部岩石渗透变异性造成的竖井工程围岩涌水风险等问题,通过构建井筒渗流模型,建立了不同施工层位竖井的汇水量公式,提出了深竖井工程围岩涌水量预测及控制方法。在考虑围岩渗透变异性的基础上,综合应用构造裂隙带、断层破碎带、富水性、突水点、导水性、地应力水平等多源信息,建立了金属矿深竖井突水风险评价方法。