xxxxcb226800-煤炭深部開(kāi)采中的動(dòng)力災(zāi)害機(jī)理與防治基礎(chǔ)研究(編輯修改稿)
2025-07-23 17:28 本頁(yè)面
【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 煤巖體的結(jié)構(gòu)面變形和斷層錯(cuò)動(dòng)過(guò)程中超低摩擦效應(yīng)和動(dòng)力響應(yīng)，揭示深部煤巖峰后力學(xué)響應(yīng)、失穩(wěn)特性及其演化規(guī)律和動(dòng)力失穩(wěn)控制對(duì)策。深部煤礦動(dòng)力災(zāi)害的孕育、發(fā)生和發(fā)展創(chuàng)造條件與采動(dòng)應(yīng)力分布和能量場(chǎng)的時(shí)空演化關(guān)系密切。沖擊地壓、頂板大面積來(lái)壓、礦震發(fā)生的本質(zhì)就是承受高地應(yīng)力的采場(chǎng)巷道周?chē)簬r體內(nèi)，積聚大量彈性能量突然釋放的過(guò)程。從能量角度研究深部巖體動(dòng)力失穩(wěn)的力學(xué)機(jī)理，建立覆巖空間結(jié)構(gòu)運(yùn)動(dòng)與采動(dòng)應(yīng)力場(chǎng)耦合過(guò)程中的應(yīng)力與能量突變的非線性動(dòng)力學(xué)模型，進(jìn)而提出深部動(dòng)力災(zāi)害的多尺度觸發(fā)條件、失穩(wěn)判別準(zhǔn)則和能量分析體系。以新汶礦業(yè)集團(tuán)、開(kāi)灤礦業(yè)集團(tuán)和雞西礦業(yè)集團(tuán)等動(dòng)力災(zāi)害礦井為對(duì)象，通過(guò)監(jiān)測(cè)、分析井巷和采場(chǎng)附近煤巖體的應(yīng)力變化及微震、聲發(fā)射和電磁輻射活動(dòng)等前兆信息的多參量動(dòng)態(tài)變化趨勢(shì)，研究煤巖體在變形破壞過(guò)程中的各種前兆信息及其耦合特征、變化規(guī)律和演變機(jī)理，建立深部煤巖動(dòng)力災(zāi)害的多參量前兆信息識(shí)別理論與預(yù)警模型，研究?jī)?yōu)化開(kāi)采設(shè)計(jì)防治煤礦深部動(dòng)力災(zāi)害的理論和動(dòng)力災(zāi)害解危技術(shù)方法，建立適合我國(guó)煤礦深部動(dòng)力災(zāi)害綜合防治的理論與技術(shù)體系?？傮w技術(shù)路線框圖（見(jiàn)圖3）。研究方法資料收集工程地質(zhì)資料現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)測(cè)資料動(dòng)力災(zāi)害資料理論研究非平衡態(tài)熱力學(xué)系統(tǒng)災(zāi)變理論斷續(xù)巖體力學(xué)能量耗散與釋放數(shù)值仿真有限元離散元DDA實(shí)驗(yàn)與模擬研究巖石力學(xué)試驗(yàn)相似模型實(shí)驗(yàn)多參量監(jiān)測(cè)試驗(yàn)現(xiàn)場(chǎng)研究現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)測(cè)現(xiàn)場(chǎng)工業(yè)試驗(yàn)研究系統(tǒng)集成深部煤礦動(dòng)力災(zāi)害多參量耦合監(jiān)測(cè)預(yù)警系統(tǒng)及災(zāi)變地質(zhì)條件判別準(zhǔn)則178。 建立地質(zhì)賦存條件與深部動(dòng)力災(zāi)害相關(guān)性的量化分析模型178。 揭示高應(yīng)力和強(qiáng)卸荷共同作用下組合煤巖體變形破壞過(guò)程中的動(dòng)力響應(yīng)特征178。 揭示深部煤巖動(dòng)力災(zāi)害多因素耦合致災(zāi)機(jī)理和時(shí)空演化規(guī)律178。 提出煤礦深部動(dòng)力災(zāi)害預(yù)測(cè)與主動(dòng)解危的理論和方法研究目標(biāo)深部煤礦動(dòng)力災(zāi)害的地質(zhì)構(gòu)造條件、原巖應(yīng)力特征及相互作用機(jī)制深部斷續(xù)煤巖體的變形破壞規(guī)律及其動(dòng)力響應(yīng)特征深部采動(dòng)應(yīng)力場(chǎng)時(shí)空分布規(guī)律及對(duì)動(dòng)力災(zāi)害孕災(zāi)過(guò)程的控制機(jī)理深部開(kāi)采過(guò)程中能量場(chǎng)的時(shí)空演化規(guī)律與多因素耦合致災(zāi)機(jī)理深部煤礦動(dòng)力災(zāi)害的監(jiān)測(cè)預(yù)警理論與綜合防治方法研究?jī)?nèi)容圖3 總體技術(shù)路線圖（三）創(chuàng)新點(diǎn)與特色本項(xiàng)目突出深部開(kāi)采的空間范圍大、強(qiáng)度高、擾動(dòng)劇烈、動(dòng)壓危害大、介質(zhì)屬性復(fù)雜的特點(diǎn)，開(kāi)展高應(yīng)力、強(qiáng)卸荷、反復(fù)擾動(dòng)共同作用下動(dòng)力災(zāi)害孕災(zāi)過(guò)程的系統(tǒng)研究，成果體現(xiàn)形式既有機(jī)理層面的探討、又有理論與方法層面的研究，同時(shí)還有應(yīng)用層面的工程實(shí)踐，不僅可推進(jìn)相關(guān)學(xué)科的進(jìn)展，也是我國(guó)資源開(kāi)發(fā)可持續(xù)發(fā)展所迫切需要解決的重大問(wèn)題。本項(xiàng)目的創(chuàng)新點(diǎn)和特色具體體現(xiàn)在：1. 從深部煤巖體動(dòng)力破壞過(guò)程中能量積聚和釋放的本質(zhì)特征出發(fā)，針對(duì)深部煤巖體結(jié)構(gòu)的斷續(xù)屬性，探討采動(dòng)應(yīng)力與能量場(chǎng)的時(shí)空演化規(guī)律、相互作用及多因素耦合致災(zāi)機(jī)理，揭示深部煤礦動(dòng)力災(zāi)害孕育和發(fā)生的能量積聚、傳遞、轉(zhuǎn)化與釋放規(guī)律，提出基于能量突變的深部煤巖體動(dòng)力失穩(wěn)破壞的判別準(zhǔn)則；2. 針對(duì)動(dòng)力災(zāi)害誘發(fā)不同類(lèi)型繼發(fā)性災(zāi)害的特點(diǎn)，探索局部動(dòng)力災(zāi)害誘發(fā)繼發(fā)性災(zāi)害與頂板整體失穩(wěn)的力學(xué)機(jī)理，揭示動(dòng)力災(zāi)害激增機(jī)制及其與支護(hù)體系的互饋效應(yīng)，建立考慮動(dòng)力災(zāi)害激增機(jī)制與支護(hù)體系互饋效應(yīng)的深部礦井復(fù)合動(dòng)力災(zāi)害的多參數(shù)分析模型；3. 針對(duì)深部開(kāi)采條件下覆巖空間結(jié)構(gòu)運(yùn)動(dòng)與采動(dòng)應(yīng)力場(chǎng)耦合特點(diǎn)以及應(yīng)力與能量突變的動(dòng)力學(xué)過(guò)程，建立“覆巖空間結(jié)構(gòu)空間應(yīng)力場(chǎng)區(qū)域性沖擊”與“局部應(yīng)力異常微震”的深部動(dòng)力災(zāi)害多尺度非線性動(dòng)力學(xué)模型，從而揭示不同尺度、不同量級(jí)動(dòng)力災(zāi)害相互耦合的孕災(zāi)過(guò)程和觸發(fā)機(jī)制；4. 借助數(shù)據(jù)融合中的主元素分析方法，通過(guò)監(jiān)測(cè)不同地質(zhì)條件下采動(dòng)誘發(fā)的微震等多參量前兆信息，建立前兆信息、致災(zāi)因子與動(dòng)力災(zāi)害危險(xiǎn)性關(guān)系的量化分析模型，提出煤礦深部動(dòng)力災(zāi)害預(yù)測(cè)與主動(dòng)解危的理論和方法，實(shí)現(xiàn)從被動(dòng)救災(zāi)向主動(dòng)防災(zāi)的重大轉(zhuǎn)變。（四）取得重大突破的可行性分析1．學(xué)科與隊(duì)伍優(yōu)勢(shì)項(xiàng)目依托中國(guó)礦業(yè)大學(xué)、煤炭科學(xué)研究總院、四川大學(xué)、北京科技大學(xué)、遼寧科技大學(xué)、安徽理工大學(xué)和山東科技大學(xué)等相關(guān)研究領(lǐng)域的優(yōu)勢(shì)單位，集中各相關(guān)研究單位的優(yōu)勢(shì)共同研究深部煤礦動(dòng)力災(zāi)害的基礎(chǔ)理論，而且這些單位承擔(dān)過(guò)本領(lǐng)域國(guó)家973項(xiàng)目、國(guó)家自然科學(xué)基金重大項(xiàng)目、國(guó)家科技支撐項(xiàng)目等一批國(guó)家重大科學(xué)研究計(jì)劃。研究隊(duì)伍集中了國(guó)內(nèi)煤礦動(dòng)力災(zāi)害的主要研究力量，對(duì)相關(guān)研究?jī)?nèi)容已經(jīng)進(jìn)行了長(zhǎng)期的研究，取得了一系列研究成果。項(xiàng)目依托單位擁有2個(gè)國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室和教育部等8個(gè)省部級(jí)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室。項(xiàng)目組邀請(qǐng)了5位院士擔(dān)任學(xué)術(shù)顧問(wèn)（錢(qián)鳴高、宋振琪、周世寧、謝和平、彭蘇萍）。研究隊(duì)伍由30名學(xué)術(shù)骨干組成，其中教授/研究員20名，副教授/高工8名，博士學(xué)位獲得者26人，并長(zhǎng)期工作在科研、教學(xué)、實(shí)驗(yàn)室和工程現(xiàn)場(chǎng)一線。有國(guó)家杰出青年基金獲得者2人、 “百千萬(wàn)人才工程”國(guó)家級(jí)人選5人、“孫越崎青年科技獎(jiǎng)”獲得者7人、教育部“新世紀(jì)優(yōu)秀人才支持計(jì)劃”1人，部分研究骨干曾作為國(guó)家自然科學(xué)基金創(chuàng)新研究群體和3個(gè)教育部創(chuàng)新團(tuán)隊(duì)的成員。形成了一支多學(xué)科交叉、老中青結(jié)合、以?xún)?yōu)秀中青年科學(xué)家為骨干、具有良好合作基礎(chǔ)的研究團(tuán)隊(duì)，為本項(xiàng)目的順利實(shí)施提供
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