XXXXCB煤炭深部开采中的动力灾害机理与防治基础

衔项目脾名称梁：顺煤炭膊深部饥开采隙中的嚼动力虑灾害伯机理蔬与防环治基凑础研慈究惧首席绢科学生家：涌姜耀央东棕中国甩矿业凡大学续（北凉京）嫂起止滴年限溜：态20张10幕年1填月-渔20叠14恋年8晃月惧依托匙部门馆：琴教育殃部昌国广家安借全生讲产监沈督管训理总蒙局一、研究内容（一）关键的科学问题随着矿井深度和开采强度的不断增加，与浅部开采相比，深部采区的地质构造、应力场特征、煤岩体的破碎性质与动力响应特征、岩层移动以及能量的积聚释放规律均发生了显著变化，深部矿井动力灾害的致灾机理、触发条件、演化规律以及显现特征不同于浅部煤矿工程。目前，我国煤炭资源已转入深部开采，但相关的基础研究还不够系统深入，缺乏对深部开采条件下动力灾害的孕育-发生-演化机理、基础科学问题以及预警防治对策的系统研究，亟待在相关的基础理论方面取得突破，建立煤矿深部动力灾害综合防治的理论与技术体系。针对国家能源的重大需求以及煤炭深部开采中存在的重大问题，本项目拟解决以下四个关键科学问题：地质赋存条件对深部煤矿动力灾害的作用机制及量化分析方法在长期的地质演变过程中深部煤岩体内蕴藏着巨大的变形能，其储能程度和原岩应力分布既取决于煤岩体的硬度、致密性和矿物成分，也取决于地质构造、断层、褶曲的程度。同时深部煤层开采时坚硬顶板(特别是厚层砂岩顶板)的运动失稳也是导致矿柱和采场巷道工作面发生瞬时冲击动力灾害的诱因。因此深部煤岩动力灾害与煤岩组分、断层、褶曲、原始应力场和构造应力异常密切相关，如何科学定量描述地质赋存条件的作用机制及其与煤矿动力灾害的相关性是一个共性科学问题。通过研究这一科学问题，揭示煤岩体的冲击倾向性、地质构造和原岩应力条件对煤矿深井动力灾害成灾的作用机制。深部断续煤岩体的变形破坏规律和工程动力响应特征深部煤岩体通常为含有节理裂隙的层状结构。深部煤炭的集中开采强烈扰动使得采场和巷道周围的煤岩体不可避免地发生变形和破坏从而形成断续结构。在多次开采扰动和长期的流变过程中，这种断续结构煤岩体会出现新的破裂和强度不断衰减的循环过程，从而导致大变形、强流变和超低摩擦效应，在一定条件下将会引起冲击地压、顶板大面积来压、矿震等煤矿动力灾害。在深部煤炭开采工程中，巷道围岩的破坏并不意味着巷道的失效，围岩的突发性动力破坏是由于断续煤岩体结构特征、外载荷作用、岩石卸压与能量释放的共同作用结果。因此通过探索深部断续煤岩体的变形破坏规律和工程动力响应特征这一科学问题，研究断续煤岩体结构特征及破裂后的变形破坏特征，研究允许围岩破坏但限制其变形发展的稳定条件，从而搞清楚巷道围岩破裂后（峰后）的力学响应、围岩失稳特性及其演化规律和动力失稳控制对策。采动应力分布、能量场的时空演化规律与多因素耦合致灾机理开采前煤岩体处于深部三维应力平衡状态下，开采活动打破了原有的应力平衡，导致采场三维空间中的宏观应力场与能量场的重新分布，这种应力场与能量场的动态演化与发展必然为动力灾害的孕育、发生和发展创造条件。因此采动应力分布和能量场的时空演化规律与多因素耦合致灾机理是本项目的重要科学问题。通过回答这一科学问题，揭示深部裂隙煤岩体在开采过程中的能量积聚与释放机制、能量场的时空演化规律以及动力灾变的能量触发条件，提出基于能量突变的深部煤岩体动力失稳的模型与判别准则和能量分析体系。深部煤矿动力灾害的多参量监测预警与防治的理论与方法在深部煤矿动力灾害孕育发展过程中，煤岩体中的应力状态将发生变化并同时伴随能量的释放，其中，微震、声发射、电磁辐射就是这种释放过程的物理效应之一。研究煤岩体在变形破坏过程中的应力、微震、声发射、电磁辐射等前兆信息规律，通过监测、分析井巷和采场附近煤岩体的应力变化及微震、声发射和电磁辐射活动等前兆信息的多参量动态变化趋势，就可以建立煤岩动力灾害监测预警系统进行预警预报和有效的防治。因此，研究深部煤矿动力灾害的前兆信息、多参数识别理论与预警模型，是进行灾害准确预测和有效防治的前提，是急需解决的科学问题。同时从冲击地压等动力灾害发生的条件入手，研究如何实现对煤岩体弹性能积聚与释放进行有效控制的开采方法与防治技术(如深孔断顶爆破、定向水力致裂等)，从而实现对深部煤矿动力灾害的有效预防。（二）主要研究内容晴围绕爷上述异关键可科学劝问题缩，尤具体励研究胖内容抬如下遥：棵1.桑决深部城煤矿打动力赶灾害标的地乎质构厦造条腿件、焰原岩跌应力声特征谦及相嘉互作居用机毯制章研究熊我国防深部糊煤层钥地质奖构造唤特征通，探夹索煤险层、垄顶底灰岩层刃空间可结构躲、宏收观力双学性总质与江动力与突出麻之间产的关品系，义从本有质上拣把握探煤、滴岩石赏的宏陪观力让学特跪性及为其冲群击倾切向性岂的内矿在属驳性；敬研究苗煤层访断层趋褶曲候构造锡特征浓与构迫造应妨力分识布规书律，穗建立泼地球秆物理容信号呈精细艳探测博响应丛特征宪和反亩演解希释理嫂论和喊综合挺探测隆方法绍；研矮究煤急岩石抱矿物牧成分樱和细汗观结显构与煌冲击缓倾向足性的译耦合蔬关系都和模贺型描泥述，校构建济煤、盗岩石丽组分终和细室观结绩构冲匪击倾劳向性闹的判闪别准炼则。闹2．阁深部里断续螺煤岩铅体的巩变形那破坏商规律你及其惠动力汤响应悦特征灯研究摧深部晶煤岩别石在途载荷斤作用域下(常包括没加载边和卸筑荷)暖破裂扎后演篮化（箩后破巩裂）怠规律早及其诵力学张特性调，探摇索煤续、岩挣石微烈结构蛛、裂愿隙分胃布特溉性对卷岩石啄破裂支及其摇演化侮的影便响规师律，蝇获取鞠岩石混破裂佳后继靠续破爆碎过榆程中略强度归衰减乒的真型实演确化特北征；妈研究跃断续利煤岩邻体的援结构斯变形域破坏火规律偶，探医讨不佳同尺学寸结凉构煤爽岩体肉的变禽形机腿制、巨结构研面效款应和寸破坏垃准则役；研闸究断集续煤龙岩体拴的结浓构面答变形似和断粪层错肌动过枝程中幼超低济摩擦姨效应烂和动遭力响舅应特稼征，低揭示吓深部困煤矿呜动力吓灾害宇的致日灾机项理。悟3．招深部千采动撑应力留场时统空分症布规碌律及晓对动败力灾妖害孕垦灾过吴程的模控制系机理屯研究显深部固高地洁应力嚼与强你开采银条件利下覆锋岩破题断方烧式、井覆岩晨空间惧结构赵形式熊和运节动规阳律，禾建立蜡覆岩纠空间闻结构首模式办与动效力灾饭害的茧关系础模型与；研朱究浩“亭覆岩因空间流结构裁-空弹间应渣力场孟-区切域性剧冲击失”泳与像“化局部争应力丈异常亭-局犹部微瘦震松”册的多壁尺度抖深部砌动力覆灾害黑的触杆发机论制、影孕灾匹过程瘦及判喝别准袜则，梳建立壤覆岩鲁空间五结构坑运动无与采依动应这力场会耦合产过程驳中的肿应力讯突变招、能隆量激吼增的毙非线妙性动肺力学饰模型剥；揭编示深烛部开刺采诱负致覆跳岩运量动与百采动皮应力套场时找空分激布对映动力疮灾害抄孕灾蛙过程妹的控鸭制机释理。向4．灾深部图开采饶过程圣中能贩量场呈的时循空演卖化规英律与骡多因苦素耦眯合致现灾机板理束研究神深部衬原岩享应力骂场与韵动态杜开挖腐耦合对条件狭下的若煤岩逼体动滩力失兵稳破茎坏的省机理卸及触他发条抄件，床揭示芦开挖遵过程如中原柔岩应怨力场歇与能树量场怪的变利化规躺律、狸能量砍积聚框与演党化的狸时空愤规律守以及肤多因个素耦伏合灾点变机争理；份从能球量角说度研箭究深赵部岩挠体动洗力失浪稳的研力学膊机理务、触乘发条场件；碰提出受基于钱能量朝突变怎的深火部岩辅体失讯稳破况坏的宅能量蛾准则惭；建奋立开戚采扰碗动下芒深部樱岩体夫动力青灾害愈的能味量分湾析体档系。思5．糟深部革煤矿盏动力糖灾害式的监育测预保警理译论与衰综合历防治前方法秩研究此煤岩枝动力稳灾害代发生辉的不柏同信忠息前匆兆特没征及烤其耦群合特老征、帜变化赛规律里和演威变机然理；缓探索苹煤岩各动力宝破坏歉全过旧程的递可测冰信息鬼特征杏及变曾化规献律；仍建立聋深部保煤岩艳动力樱灾害仆的多蹈参量嗽前兆牙信息事识别枪理论柜；研冻究优抄化开本采设臂计防晴治煤莲矿深听部动虚力灾减害的海理论毕和动幼力灾饲害解泰危技问术方拆法，絮建立扣适合百我国喷煤矿梅深部侦动力俊灾害袋综合数防治榜的理熊论与安技术趣体系访。城二、俱预期阔目标督揭示燥深部田煤矿证动力牌灾害孔的发咳生机吩理，笔发展剃和完乖善深呈部煤净矿动它力灾搞害相服关的支矿山胀压力五理论片，探破讨深面部煤愁矿动迟力灾荒害的收地球豆物理个探测流方法泰，建叙立深弟部煤赚矿动侄力灾唇害防走治的沿理论圈体系奋和技喘术方最法，清为深鸽部煤叹炭资累源的揉安全盼、高替效开谋发和凤我国逐深部赴煤炭哥工业饥基地淋的可咸持续纪发展牲提供上科学份依据蒸和理床论基镰础，画促进借相关旧学科卫基础督理论督的发造展。移在国疫内外立核心查学术反期刊中发表秩论文使15柱0隶篇掠以上峡，环其中驾SC凑I穿、E虹I收贫录中论文弊10齿0劳篇以割上，爷有重著要国王际影插响的逮论文芦2块0篇解以上三，出酸版著缸作构3和-就5进部。位申请迁专利屋6帝-痰8晶项。妖在殊深部料煤矿踢动力绳灾害肆预测叠与防足治研区究据领域盆，取六得一愈批具膜有国袜际影劲响的字研究伪成果廉。培虏养孝博士鞭后、且博士稿生和肤硕士科生7享0肺-狸80幻名，铃凝聚蓝和培忘育国猪内一冬批高味水平择研究黎队伍磁，培圾养本热领域出的优覆秀科籍学家带及创船新团概队。抖建立顾国内新一流扮深部伍煤矿所动力冲灾害送研究沫平台鞋，完器成1榜-捷2个赠深部炭煤矿典动力乡灾害掠监测蝶与防联治的谋示范岂工程作，为羽我国泊煤炭拆工业迎的可炸持续渐发展底奠定区理论歉与技张术冲基础和。犬三、超研究女方案小（一臭）学推术思尚路烟本项怀目以垃国家壮重大弃需求撒和按学科督前沿丹为导进向，孔针对爽动力街灾害悄多学奋科交挠叉的如特点傲，以企冲击愉地压爹、顶晚板大司面积撤来压蜂、矿聪震为品重点昆研究此对象劈，探荡讨深辉部动押力灾蜓害威胆胁煤购层安瓶全开阔采的响重大叠科学升问题晴。以蒸岩层迁运动跳、矿吃山压良力和傍地质怎力学略思想毒为指吧导，盾以地鹅球物舒理、乓数学浮、力慰学和丈灾变斑学为搏主要钞手段读和方截法，岭重点端研究隔深部召煤矿胃动力滋灾害屿的地座质力扒学基弱础、烧采动甚环境概下力款学条酷件变锯化以银及由茅此引裕发的锁煤岩锦体在堡“脱时间行-空聚间-戴强度羽”最方面牵的动屋力响荷应规职律；县在此彩基础需上，暑研究牙这种巾动力网响应茎规律饺在物押理场去、能杜量场赞以及盗相互师作用摊效应款的监竖测原环理，绍为建争立监缠测预症警和灶控制猎技术遣体系寺奠定脂理论伞基础朗，总踏体学夺术思塞路见航图2州。分析模型1.地质赋存条件与深部动力灾害相关性的分析模型2.岩层运动诱发动力灾害模型3.动力灾害激增互馈作用与多尺度非线性动力学模型致灾机制1.地质异常诱发动力灾害机制2.采动应力环境下的致灾机制分析模型1.地质赋存条件与深部动力灾害相关性的分析模型2.岩层运动诱发动力灾害模型3.动力灾害激增互馈作用与多尺度非线性动力学模型致灾机制1.地质异常诱发动力灾害机制2.采动应力环境下的致灾机制3.深部动力灾害的时空演化规律与多因素耦合致灾机理理论与技术体系1.地质异常带精细探测理论2.动力灾害的多参量预警理论3.高应力环境下动力灾害的防治理论与技术体系地质赋存条件对深部煤矿动力灾害的作用机制及量化分析方法深部断续煤岩体的变形破坏规律和工程动力响应特征采动应力分布和能量场的时空演化规律与多因素耦合致灾机理深部煤矿动力灾害的多参量监测预警与防治的理论与关键技术煤炭深部开采中的动力灾害机理与防治基础研究四个关键科学问题研究对象：深部煤矿动力灾害研究方法工程调研室内测试理论研究数值仿真现场监控综合防治研究基础采矿科学煤田地质学岩体力学非平衡态热力学地球物理学非线性动力学结构非稳定理论灾变学综合研究方法多学科交叉与集成犯以深声部煤阻岩结蚕构在绣应力赌场、芹构造识场以祝及震险动波衡作用督下的什动力蜓响应邻为基吉础，祝研究笔微震弄、声邮发射匙以及粮电磁仿辐射西的前艰兆信映息特拐征参运数及盟其临毫界值刃，揭柏示前斩兆信贼息多心参量循与应躬力、堂煤岩被结构派的物叠理力肚学参愿数、园能量麻耗散候以及糕震动缎波强乡度之纤间的脂关系袖，形望成煤妇岩动全力灾舌害的父多参鼻量监邻测理奇论与构预警夸技术顽。烤（二这）技肆术路绘线涛本项糊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