XXXXCB226800-煤炭深部開采中的動(dòng)力災(zāi)害機(jī)理與防治基礎(chǔ)研究

1、.：.；工程稱號(hào)：煤炭深部開采中的動(dòng)力災(zāi)禍機(jī)理與防治根底研討首席科學(xué)家：姜耀東 中國礦業(yè)大學(xué)北京起止年限：2021年1月-2021年8月依托部門：教育部 國家平安消費(fèi)監(jiān)視管理總局一、研討內(nèi)容一關(guān)鍵的科學(xué)問題隨著礦井深度和開采強(qiáng)度的不斷添加，與淺部開采相比，深部采區(qū)的地質(zhì)構(gòu)造、應(yīng)力場特征、煤巖體的破碎性質(zhì)與動(dòng)力呼應(yīng)特征、巖層挪動(dòng)以及能量的積聚釋放規(guī)律均發(fā)生了顯著變化，深部礦井動(dòng)力災(zāi)禍的致災(zāi)機(jī)理、觸發(fā)條件、演化規(guī)律以及顯現(xiàn)特征不同于淺部煤礦工程。目前，我國煤炭資源已轉(zhuǎn)入深部開采，但相關(guān)的根底研討還不夠系統(tǒng)深化，缺乏對(duì)深部開采條件下動(dòng)力災(zāi)禍的孕育-發(fā)生-演化機(jī)理、根底科學(xué)問題以及預(yù)警防治對(duì)策的系統(tǒng)研

2、討，亟待在相關(guān)的根底實(shí)際方面獲得突破，建立煤礦深部動(dòng)力災(zāi)禍綜合防治的實(shí)際與技術(shù)體系。針對(duì)國家能源的艱苦需求以及煤炭深部開采中存在的艱苦問題，本工程擬處理以下四個(gè)關(guān)鍵科學(xué)問題：地質(zhì)賦存條件對(duì)深部煤礦動(dòng)力災(zāi)禍的作用機(jī)制及量化分析方法在長期的地質(zhì)演化過程中深部煤巖體內(nèi)蘊(yùn)藏著宏大的變形能，其儲(chǔ)能程度和原巖應(yīng)力分布既取決于煤巖體的硬度、致密性和礦物成分，也取決于地質(zhì)構(gòu)造、斷層、褶曲的程度。同時(shí)深部煤層開采時(shí)鞏固頂板(特別是厚層砂巖頂板)的運(yùn)動(dòng)失穩(wěn)也是導(dǎo)致礦柱和采場巷道任務(wù)面發(fā)生瞬時(shí)沖擊動(dòng)力災(zāi)禍的誘因。因此深部煤巖動(dòng)力災(zāi)禍與煤巖組分、斷層、褶曲、原始應(yīng)力場和構(gòu)造應(yīng)力異常親密相關(guān)，如何科學(xué)定量描畫地質(zhì)賦存條

3、件的作用機(jī)制及其與煤礦動(dòng)力災(zāi)禍的相關(guān)性是一個(gè)共性科學(xué)問題。經(jīng)過研討這一科學(xué)問題，提示煤巖體的沖擊傾向性、地質(zhì)構(gòu)造和原巖應(yīng)力條件對(duì)煤礦深井動(dòng)力災(zāi)禍成災(zāi)的作用機(jī)制。深部斷續(xù)煤巖體的變形破壞規(guī)律和工程動(dòng)力呼應(yīng)特征深部煤巖體通常為含有節(jié)理裂隙的層狀構(gòu)造。深部煤炭的集中開采劇烈擾動(dòng)使得采場和巷道周圍的煤巖體不可防止地發(fā)生變形和破壞從而構(gòu)成斷續(xù)構(gòu)造。在多次開采擾動(dòng)和長期的流變過程中，這種斷續(xù)構(gòu)造煤巖領(lǐng)會(huì)出現(xiàn)新的破裂和強(qiáng)度不斷衰減的循環(huán)過程，從而導(dǎo)致大變形、強(qiáng)流變和超低摩擦效應(yīng)，在一定條件下將會(huì)引起沖擊地壓、頂板大面積來壓、礦震等煤礦動(dòng)力災(zāi)禍。在深部煤炭開采工程中，巷道圍巖的破壞并不意味著巷道的失效，圍巖的

4、突發(fā)性動(dòng)力破壞是由于斷續(xù)煤巖體構(gòu)造特征、外載荷作用、巖石卸壓與能量釋放的共同作用結(jié)果。因此經(jīng)過探求深部斷續(xù)煤巖體的變形破壞規(guī)律和工程動(dòng)力呼應(yīng)特征這一科學(xué)問題，研討斷續(xù)煤巖體構(gòu)造特征及破裂后的變形破壞特征，研討允許圍巖破壞但限制其變形開展的穩(wěn)定條件，從而搞清楚巷道圍巖破裂后峰后的力學(xué)呼應(yīng)、圍巖失穩(wěn)特性及其演化規(guī)律和動(dòng)力失穩(wěn)控制對(duì)策。采動(dòng)應(yīng)力分布、能量場的時(shí)空演化規(guī)律與多要素耦合致災(zāi)機(jī)理開采前煤巖體處于深部三維應(yīng)力平衡形狀下，開采活動(dòng)突破了原有的應(yīng)力平衡，導(dǎo)致采場三維空間中的宏觀應(yīng)力場與能量場的重新分布，這種應(yīng)力場與能量場的動(dòng)態(tài)演化與開展必然為動(dòng)力災(zāi)禍的孕育、發(fā)生和開展發(fā)明條件。因此采動(dòng)應(yīng)力分布和

5、能量場的時(shí)空演化規(guī)律與多要素耦合致災(zāi)機(jī)理是本工程的重要科學(xué)問題。經(jīng)過回答這一科學(xué)問題，提示深部裂隙煤巖體在開采過程中的能量積聚與釋放機(jī)制、能量場的時(shí)空演化規(guī)律以及動(dòng)力災(zāi)變的能量觸發(fā)條件，提出基于能量突變的深部煤巖體動(dòng)力失穩(wěn)的模型與判別準(zhǔn)那么和能量分析體系。深部煤礦動(dòng)力災(zāi)禍的多參量監(jiān)測(cè)預(yù)警與防治的實(shí)際與方法在深部煤礦動(dòng)力災(zāi)禍孕育開展過程中，煤巖體中的應(yīng)力形狀將發(fā)生變化并同時(shí)伴隨能量的釋放，其中，微震、聲發(fā)射、電磁輻射就是這種釋放過程的物理效應(yīng)之一。研討煤巖體在變形破壞過程中的應(yīng)力、微震、聲發(fā)射、電磁輻射等前兆信息規(guī)律，經(jīng)過監(jiān)測(cè)、分析井巷和采場附近煤巖體的應(yīng)力變化及微震、聲發(fā)射和電磁輻射活動(dòng)等前兆

6、信息的多參量動(dòng)態(tài)變化趨勢(shì)，就可以建立煤巖動(dòng)力災(zāi)禍監(jiān)測(cè)預(yù)警系統(tǒng)進(jìn)展預(yù)警預(yù)告和有效的防治。因此，研討深部煤礦動(dòng)力災(zāi)禍的前兆信息、多參數(shù)識(shí)別實(shí)際與預(yù)警模型，是進(jìn)展災(zāi)禍準(zhǔn)確預(yù)測(cè)和有效防治的前提，是急需處理的科學(xué)問題。同時(shí)從沖擊地壓等動(dòng)力災(zāi)禍發(fā)生的條件入手，研討如何實(shí)現(xiàn)對(duì)煤巖體彈性能積聚與釋放進(jìn)展有效控制的開采方法與防治技術(shù)(如深孔斷頂爆破、定向水力致裂等)，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)深部煤礦動(dòng)力災(zāi)禍的有效預(yù)防。二主要研討內(nèi)容圍繞上述關(guān)鍵科學(xué)問題，詳細(xì)研討內(nèi)容如下：1.深部煤礦動(dòng)力災(zāi)禍的地質(zhì)構(gòu)造條件、原巖應(yīng)力特征及相互作用機(jī)制研討我國深部煤層地質(zhì)構(gòu)造特征，探求煤層、頂?shù)讕r層空間構(gòu)造、宏觀力學(xué)性質(zhì)與動(dòng)力突出之間的關(guān)系，從

7、本質(zhì)上把握煤、巖石的宏觀力學(xué)特性及其沖擊傾向性的內(nèi)在屬性；研討煤層斷層褶曲構(gòu)造特征與構(gòu)造應(yīng)力分布規(guī)律，建立地球物理信號(hào)精細(xì)探測(cè)呼應(yīng)特征和反演解釋實(shí)際和綜合探測(cè)方法；研討煤巖石礦物成分和細(xì)觀構(gòu)造與沖擊傾向性的耦合關(guān)系和模型描畫，構(gòu)建煤、巖石組分和細(xì)觀構(gòu)造沖擊傾向性的判別準(zhǔn)那么。2深部斷續(xù)煤巖體的變形破壞規(guī)律及其動(dòng)力呼應(yīng)特征研討深部煤巖石在載荷作用下(包括加載和卸荷)破裂后演化后破裂規(guī)律及其力學(xué)特性，探求煤、巖石微構(gòu)造、裂隙分布特性對(duì)巖石破裂及其演化的影響規(guī)律，獲取巖石破裂后繼續(xù)破碎過程中強(qiáng)度衰減的真實(shí)演化特征；研討斷續(xù)煤巖體的構(gòu)造變形破壞規(guī)律，討論不同尺寸構(gòu)造煤巖體的變形機(jī)制、構(gòu)造面效應(yīng)和破壞準(zhǔn)

8、那么；研討斷續(xù)煤巖體的構(gòu)造面變形和斷層錯(cuò)動(dòng)過程中超低摩擦效應(yīng)和動(dòng)力呼應(yīng)特征，提示深部煤礦動(dòng)力災(zāi)禍的致災(zāi)機(jī)理。3深部采動(dòng)應(yīng)力場時(shí)空分布規(guī)律及對(duì)動(dòng)力災(zāi)禍孕災(zāi)過程的控制機(jī)理研討深部高地應(yīng)力與強(qiáng)開采條件下覆巖破斷方式、覆巖空間構(gòu)造方式和運(yùn)動(dòng)規(guī)律，建立覆巖空間構(gòu)造方式與動(dòng)力災(zāi)禍的關(guān)系模型；研討“覆巖空間構(gòu)造-空間應(yīng)力場-區(qū)域性沖擊與“部分應(yīng)力異常-部分微震的多尺度深部動(dòng)力災(zāi)禍的觸發(fā)機(jī)制、孕災(zāi)過程及判別準(zhǔn)那么，建立覆巖空間構(gòu)造運(yùn)動(dòng)與采動(dòng)應(yīng)力場耦合過程中的應(yīng)力突變、能量激增的非線性動(dòng)力學(xué)模型；提示深部開采誘致覆巖運(yùn)動(dòng)與采動(dòng)應(yīng)力場時(shí)空分布對(duì)動(dòng)力災(zāi)禍孕災(zāi)過程的控制機(jī)理。4深部開采過程中能量場的時(shí)空演化規(guī)律與多要

9、素耦合致災(zāi)機(jī)理研討深部原巖應(yīng)力場與動(dòng)態(tài)開挖耦合條件下的煤巖體動(dòng)力失穩(wěn)破壞的機(jī)理及觸發(fā)條件，提示開挖過程中原巖應(yīng)力場與能量場的變化規(guī)律、能量積聚與演化的時(shí)空規(guī)律以及多要素耦合災(zāi)變機(jī)理；從能量角度研討深部巖體動(dòng)力失穩(wěn)的力學(xué)機(jī)理、觸發(fā)條件；提出基于能量突變的深部巖體失穩(wěn)破壞的能量準(zhǔn)那么；建立開采擾動(dòng)下深部巖體動(dòng)力災(zāi)禍的能量分析體系。5深部煤礦動(dòng)力災(zāi)禍的監(jiān)測(cè)預(yù)警實(shí)際與綜合防治方法研討煤巖動(dòng)力災(zāi)禍發(fā)生的不同信息前兆特征及其耦合特征、變化規(guī)律和演化機(jī)理；探求煤巖動(dòng)力破壞全過程的可測(cè)信息特征及變化規(guī)律；建立深部煤巖動(dòng)力災(zāi)禍的多參量前兆信息識(shí)別實(shí)際；研討優(yōu)化開采設(shè)計(jì)防治煤礦深部動(dòng)力災(zāi)禍的實(shí)際和動(dòng)力災(zāi)禍解危技術(shù)

10、方法，建立適宜我國煤礦深部動(dòng)力災(zāi)禍綜合防治的實(shí)際與技術(shù)體系。二、預(yù)期目的提示深部煤礦動(dòng)力災(zāi)禍的發(fā)活力理，開展和完善深部煤礦動(dòng)力災(zāi)禍相關(guān)的礦山壓力實(shí)際，討論深部煤礦動(dòng)力災(zāi)禍的地球物理探測(cè)方法，建立深部煤礦動(dòng)力災(zāi)禍防治的實(shí)際體系和技術(shù)方法，為深部煤炭資源的平安、高效開發(fā)和我國深部煤炭工業(yè)基地的可繼續(xù)開展提供科學(xué)根據(jù)和實(shí)際根底，促進(jìn)相關(guān)學(xué)科根底實(shí)際的開展。在國內(nèi)外中心學(xué)術(shù)期刊發(fā)表論文150篇以上，其中SCI、EI收錄論文100篇以上，有重要國際影響的論文20篇以上，出版著作3-5部。懇求專利6-8項(xiàng)。在深部煤礦動(dòng)力災(zāi)禍預(yù)測(cè)與防治研討領(lǐng)域，獲得一批具有國際影響的研討成果。培育博士后、博士生和碩士生70

11、-80名，凝聚和培育國內(nèi)一批高程度研討隊(duì)伍，培育身手域的優(yōu)秀科學(xué)家及創(chuàng)新團(tuán)隊(duì)。建立國內(nèi)一流深部煤礦動(dòng)力災(zāi)禍研討平臺(tái)，完成1-2個(gè)深部煤礦動(dòng)力災(zāi)禍監(jiān)測(cè)與防治的示范工程，為我國煤炭工業(yè)的可繼續(xù)開展奠定實(shí)際與技術(shù)根底。三、研討方案一學(xué)術(shù)思緒本工程以國家艱苦需求和學(xué)科前沿為導(dǎo)向，針對(duì)動(dòng)力災(zāi)禍多學(xué)科交叉的特點(diǎn)，以沖擊地壓、頂板大面積來壓、礦震為重點(diǎn)研討對(duì)象，討論深部動(dòng)力災(zāi)禍要挾煤層平安開采的艱苦科學(xué)問題。以巖層運(yùn)動(dòng)、礦山壓力和地質(zhì)力學(xué)思想為指點(diǎn)，以地球物理、數(shù)學(xué)、力學(xué)和災(zāi)變學(xué)為主要手段和方法，重點(diǎn)研討深部煤礦動(dòng)力災(zāi)禍的地質(zhì)力學(xué)根底、采動(dòng)環(huán)境下力學(xué)條件變化以及由此引發(fā)的煤巖體在“時(shí)間-空間-強(qiáng)度方面的動(dòng)力

12、呼應(yīng)規(guī)律；在此根底上，研討這種動(dòng)力呼應(yīng)規(guī)律在物理場、能量場以及相互作用效應(yīng)的監(jiān)測(cè)原理，為建立監(jiān)測(cè)預(yù)警和控制技術(shù)體系奠定實(shí)際根底，總體學(xué)術(shù)思緒見圖2。分析模型1. 地質(zhì)賦存條件與深部動(dòng)力災(zāi)禍相關(guān)性的分析模型2.巖層運(yùn)動(dòng)誘發(fā)動(dòng)力災(zāi)禍模型3. 動(dòng)力災(zāi)禍激增互饋?zhàn)饔门c多尺度非線性動(dòng)力學(xué)模型致災(zāi)機(jī)制1.地質(zhì)異常誘發(fā)動(dòng)力災(zāi)禍機(jī)制2.采動(dòng)應(yīng)力環(huán)境下的致災(zāi)機(jī)制3.深部動(dòng)力災(zāi)禍的時(shí)空演化規(guī)律與多要素耦合致災(zāi)機(jī)理實(shí)際與技術(shù)體系1.地質(zhì)異常帶精細(xì)探測(cè)實(shí)際2.動(dòng)力災(zāi)禍的多參量預(yù)警實(shí)際3.高應(yīng)力環(huán)境下動(dòng)力災(zāi)禍的防治實(shí)際與技術(shù)體系地質(zhì)賦存條件對(duì)深部煤礦動(dòng)力災(zāi)禍的作用機(jī)制及量化分析方法深部斷續(xù)煤巖體的變形破壞規(guī)律和工程動(dòng)力

13、呼應(yīng)特征采動(dòng)應(yīng)力分布和能量場的時(shí)空演化規(guī)律與多要素耦合致災(zāi)機(jī)理深部煤礦動(dòng)力災(zāi)禍的多參量監(jiān)測(cè)預(yù)警與防治的實(shí)際與關(guān)鍵技術(shù)煤炭深部開采中的動(dòng)力災(zāi)禍機(jī)理與防治根底研討四個(gè)關(guān)鍵科學(xué)問題研討對(duì)象：深部煤礦動(dòng)力災(zāi)禍研討方法工程調(diào)研 室內(nèi)測(cè)試實(shí)際研討 數(shù)值仿真現(xiàn)場監(jiān)控 綜合防治研討根底采礦科學(xué) 煤田地質(zhì)學(xué)巖膂力學(xué) 非平衡態(tài)熱力學(xué)地球物理學(xué) 非線性動(dòng)力學(xué)構(gòu)造非穩(wěn)定實(shí)際 災(zāi)變學(xué)綜合研討方法多學(xué)科交叉與集成圖2 總體學(xué)術(shù)思緒以深部煤巖構(gòu)造在應(yīng)力場、構(gòu)造場以及震動(dòng)波作用下的動(dòng)力呼應(yīng)為根底，研討微震、聲發(fā)射以及電磁輻射的前兆信息特征參數(shù)及其臨界值，提示前兆信息多參量與應(yīng)力、煤巖構(gòu)造的物理力學(xué)參數(shù)、能量耗散以及震動(dòng)波強(qiáng)度

14、之間的關(guān)系，構(gòu)成煤巖動(dòng)力災(zāi)禍的多參量監(jiān)測(cè)實(shí)際與預(yù)警技術(shù)。二技術(shù)道路本工程將采用現(xiàn)場調(diào)查、室內(nèi)實(shí)驗(yàn)、實(shí)際分析、數(shù)值仿真和現(xiàn)場實(shí)驗(yàn)相結(jié)合的研討方法對(duì)深部煤礦動(dòng)力災(zāi)禍的災(zāi)變機(jī)制及其防護(hù)措施開展深化細(xì)致的研討任務(wù)。運(yùn)用地震勘探和測(cè)井實(shí)際與技術(shù)，建立地球物理信號(hào)精細(xì)探測(cè)呼應(yīng)特征和反演解釋實(shí)際和綜合探測(cè)方法，探求煤層、頂?shù)讕r層空間構(gòu)造、宏觀力學(xué)性質(zhì)與動(dòng)力突出之間的關(guān)系; 采用掃描電鏡、工業(yè)CT、核磁共振、數(shù)字散斑等先進(jìn)的觀測(cè)手段, 調(diào)查深部煤巖體的微構(gòu)造特征、裂隙特征和塊系構(gòu)造特征, 從本質(zhì)上把握煤、巖石宏觀力學(xué)特性及其沖擊傾向性的內(nèi)在屬性；研討煤巖石礦物成分和細(xì)觀構(gòu)造與沖擊傾向性的耦合關(guān)系和模型描畫，構(gòu)

15、建煤、巖石沖擊傾向性判別準(zhǔn)那么。改動(dòng)傳統(tǒng)的以純煤、頂?shù)装鍘r石試樣的物理力學(xué)性質(zhì)為根底的研討方式，針對(duì)深部煤炭的集中開采劇烈擾動(dòng)下煤巖體斷續(xù)節(jié)理構(gòu)造的特點(diǎn)，研討巖石破裂后繼續(xù)破碎過程中強(qiáng)度衰減的真實(shí)演化規(guī)律，調(diào)查斷續(xù)煤巖體構(gòu)造特征及破裂后的變形破壞特征，研討斷續(xù)煤巖體的構(gòu)造面變形和斷層錯(cuò)動(dòng)過程中超低摩擦效應(yīng)和動(dòng)力呼應(yīng)，提示深部煤巖峰后力學(xué)呼應(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)禍的孕育、發(fā)生和開展發(fā)明條件與采動(dòng)應(yīng)力分布和能量場的時(shí)空演化關(guān)系親密。沖擊地壓、頂板大面積來壓、礦震發(fā)生的本質(zhì)就是接受高地應(yīng)力的采場巷道周圍煤巖體內(nèi)，積聚大量彈性能量忽然釋放的過程。從能量角度研討深部巖

16、體動(dòng)力失穩(wěn)的力學(xué)機(jī)理，建立覆巖空間構(gòu)造運(yùn)動(dòng)與采動(dòng)應(yīng)力場耦合過程中的應(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)禍的多尺度觸發(fā)條件、失穩(wěn)判別準(zhǔn)那么和能量分析體系。以新汶礦業(yè)集團(tuán)、開灤礦業(yè)集團(tuán)和雞西礦業(yè)集團(tuán)等動(dòng)力災(zāi)禍礦井為對(duì)象，經(jīng)過監(jiān)測(cè)、分析井巷和采場附近煤巖體的應(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)，研討煤巖體在變形破壞過程中的各種前兆信息及其耦合特征、變化規(guī)律和演化機(jī)理，建立深部煤巖動(dòng)力災(zāi)禍的多參量前兆信息識(shí)別實(shí)際與預(yù)警模型，研討優(yōu)化開采設(shè)計(jì)防治煤礦深部動(dòng)力災(zāi)禍的實(shí)際和動(dòng)力災(zāi)禍解危技術(shù)方法，建立適宜我國煤礦深部動(dòng)力災(zāi)禍綜合防治的實(shí)際與技術(shù)體系?？傮w技術(shù)道路框

17、圖見圖3。研討方法資料搜集工程地質(zhì)資料現(xiàn)場監(jiān)測(cè)資料動(dòng)力災(zāi)禍資料實(shí)際研討非平衡態(tài)熱力學(xué)系統(tǒng)災(zāi)變實(shí)際斷續(xù)巖膂力學(xué)能量耗散與釋放數(shù)值仿真有限元離散元DDA實(shí)驗(yàn)與模擬研討巖石力學(xué)實(shí)驗(yàn)類似模型實(shí)驗(yàn)多參量監(jiān)測(cè)實(shí)驗(yàn)現(xiàn)場研討現(xiàn)場監(jiān)測(cè)現(xiàn)場工業(yè)實(shí)驗(yàn)研討系統(tǒng)集成深部煤礦動(dòng)力災(zāi)禍多參量耦合監(jiān)測(cè)預(yù)警系統(tǒng)及災(zāi)變地質(zhì)條件判別準(zhǔn)那么建立地質(zhì)賦存條件與深部動(dòng)力災(zāi)禍相關(guān)性的量化分析模型提示高應(yīng)力和強(qiáng)卸荷共同作用下組合煤巖體變形破壞過程中的動(dòng)力呼應(yīng)特征提示深部煤巖動(dòng)力災(zāi)禍多要素耦合致災(zāi)機(jī)理和時(shí)空演化規(guī)律提出煤礦深部動(dòng)力災(zāi)禍預(yù)測(cè)與自動(dòng)解危的實(shí)際和方法研討目的深部煤礦動(dòng)力災(zāi)禍的地質(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

18、形破壞規(guī)律及其動(dòng)力呼應(yīng)特征深部采動(dòng)應(yīng)力場時(shí)空分布規(guī)律及對(duì)動(dòng)力災(zāi)禍孕災(zāi)過程的控制機(jī)理深部開采過程中能量場的時(shí)空演化規(guī)律與多要素耦合致災(zāi)機(jī)理深部煤礦動(dòng)力災(zāi)禍的監(jiān)測(cè)預(yù)警實(shí)際與綜合防治方法研討內(nèi)容圖3 總體技術(shù)道路圖三創(chuàng)新點(diǎn)與特征本工程突出深部開采的空間范圍大、強(qiáng)度高、擾動(dòng)猛烈、動(dòng)壓危害大、介質(zhì)屬性復(fù)雜的特點(diǎn)，開展高應(yīng)力、強(qiáng)卸荷、反復(fù)擾動(dòng)共同作用下動(dòng)力災(zāi)禍孕災(zāi)過程的系統(tǒng)研討，成果表達(dá)方式既有機(jī)理層面的討論、又有實(shí)際與方法層面的研討，同時(shí)還有運(yùn)用層面的工程實(shí)際，不僅可推進(jìn)相關(guān)學(xué)科的進(jìn)展，也是我國資源開發(fā)可繼續(xù)開展所迫切需求處理的艱苦問題。本工程的創(chuàng)新點(diǎn)和特征詳細(xì)表達(dá)在：1. 從深部煤巖體動(dòng)力破壞過程中能

19、量積聚和釋放的本質(zhì)特征出發(fā)，針對(duì)深部煤巖體構(gòu)造的斷續(xù)屬性，討論采動(dòng)應(yīng)力與能量場的時(shí)空演化規(guī)律、相互作用及多要素耦合致災(zāi)機(jī)理，提示深部煤礦動(dòng)力災(zāi)禍孕育和發(fā)生的能量積聚、傳送、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)那么；2. 針對(duì)動(dòng)力災(zāi)禍誘發(fā)不同類型繼發(fā)性災(zāi)禍的特點(diǎn)，探求部分動(dòng)力災(zāi)禍誘發(fā)繼發(fā)性災(zāi)禍與頂板整體失穩(wěn)的力學(xué)機(jī)理，提示動(dòng)力災(zāi)禍激增機(jī)制及其與支護(hù)體系的互饋效應(yīng)，建立思索動(dòng)力災(zāi)禍激增機(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)禍的多參數(shù)分析模型；3. 針對(duì)深部開采條件下覆巖空間構(gòu)造運(yùn)動(dòng)與采動(dòng)應(yīng)力場耦合特點(diǎn)以及應(yīng)力與能量突變的動(dòng)力學(xué)過程，建立“覆巖空間構(gòu)造-空間應(yīng)力場-區(qū)

20、域性沖擊與“部分應(yīng)力異常-微震的深部動(dòng)力災(zāi)禍多尺度非線性動(dòng)力學(xué)模型，從而提示不同尺度、不同量級(jí)動(dòng)力災(zāi)禍相互耦合的孕災(zāi)過程和觸發(fā)機(jī)制；4. 借助數(shù)據(jù)交融中的主元素分析方法，經(jīng)過監(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)禍危險(xiǎn)性關(guān)系的量化分析模型，提出煤礦深部動(dòng)力災(zāi)禍預(yù)測(cè)與自動(dòng)解危的實(shí)際和方法，實(shí)現(xiàn)從被動(dòng)救災(zāi)向自動(dòng)防災(zāi)的艱苦轉(zhuǎn)變。四獲得艱苦突破的可行性分析1學(xué)科與隊(duì)伍優(yōu)勢(shì)工程依托中國礦業(yè)大學(xué)、煤炭科學(xué)研討總院、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)研討領(lǐng)域的優(yōu)勢(shì)單位，集中各相關(guān)研討單位的優(yōu)勢(shì)共同研討深部煤礦動(dòng)力災(zāi)禍的根底實(shí)際，而

21、且這些單位承當(dāng)過身手域國家973工程、國家自然科學(xué)基金艱苦工程、國家科技支撐工程等一批國家艱苦科學(xué)研討方案。研討隊(duì)伍集中了國內(nèi)煤礦動(dòng)力災(zāi)禍的主要研討力量，對(duì)相關(guān)研討內(nèi)容曾經(jīng)進(jìn)展了長期的研討，獲得了一系列研討成果。工程依托單位擁有2個(gè)國家重點(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。工程組約請(qǐng)了5位院士擔(dān)任學(xué)術(shù)顧問錢鳴高、宋振琪、周世寧、謝和平、彭蘇萍。研討隊(duì)伍由30名學(xué)術(shù)骨干組成，其中教授/研討員20名，副教授/高工8名，博士學(xué)位獲得者26人，并長期任務(wù)在科研、教學(xué)、實(shí)驗(yàn)室和工程現(xiàn)場一線。有國家出色青年基金獲得者2人、 “百千萬人才工程國家級(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)

22、秀人才支持方案1人，部分研討骨干曾作為國家自然科學(xué)基金創(chuàng)新研討群體和3個(gè)教育部創(chuàng)新團(tuán)隊(duì)的成員。構(gòu)成了一支多學(xué)科交叉、老中青結(jié)合、以優(yōu)秀中青年科學(xué)家為骨干、具有良好協(xié)作根底的研討團(tuán)隊(duì)，為本工程的順利實(shí)施提供了人才保證。2任務(wù)根底優(yōu)勢(shì)1研討根底與任務(wù)積累工程組人員長期從事煤礦工程災(zāi)禍孕災(zāi)的地質(zhì)構(gòu)造條件、煤巖膂力學(xué)特性、致災(zāi)機(jī)理、礦壓顯現(xiàn)規(guī)律以及監(jiān)測(cè)預(yù)警與綜合防治等方面的根底實(shí)際與工程運(yùn)用研討，特別是近五年來，結(jié)合我國能源與煤炭科技的艱苦需求，經(jīng)過參與和完成國家自然科學(xué)基金艱苦工程“深部巖膂力學(xué)根底研討與運(yùn)用，973工程“災(zāi)禍環(huán)境和工程擾動(dòng)過程中應(yīng)力傳送與能量釋放規(guī)律及自順應(yīng)調(diào)控、自然科學(xué)基金創(chuàng)新群

23、體工程“礦山巖石力學(xué)根底實(shí)際研討與工程運(yùn)用、國家科技支撐工程“深部開采煤巖動(dòng)力災(zāi)禍多參量識(shí)別與解危關(guān)鍵技術(shù)及配備等工程研討，在深部煤礦工程動(dòng)力呼應(yīng)與動(dòng)力災(zāi)禍的致災(zāi)機(jī)理、深部煤礦巖層運(yùn)動(dòng)與采動(dòng)應(yīng)力場分布規(guī)律、深部煤礦動(dòng)力災(zāi)禍的監(jiān)測(cè)預(yù)警與綜合防治實(shí)際等方面獲得了重要進(jìn)展，在國內(nèi)外構(gòu)成了初步影響，完成了為完本錢工程研討奠定了根底。在深部煤礦工程動(dòng)力呼應(yīng)與動(dòng)力災(zāi)禍的致災(zāi)機(jī)理方面，中國礦業(yè)大學(xué)北京、徐州、四川大學(xué)、遼寧工程技術(shù)大學(xué)等單位利用先進(jìn)的科學(xué)實(shí)驗(yàn)手段和分析方法研討了不同加載條件下沖擊傾向性煤巖體的變形破壞規(guī)律以及細(xì)觀破裂演化誘致煤巖體發(fā)生沖擊失穩(wěn)的機(jī)理；深部煤巖體的微構(gòu)造特征、裂隙特征和塊系構(gòu)造

24、特征，以及深部煤巖組合試件的拉伸、緊縮呼應(yīng)、動(dòng)力學(xué)特性和深部煤巖構(gòu)造的變形破壞規(guī)律；深化地論述了沖擊地壓發(fā)生的內(nèi)在機(jī)理和條件；基于能量耗散與釋放原理，從實(shí)際上討論巖石變形破壞過程中能量耗散、能量釋放與巖石強(qiáng)度和整體破壞災(zāi)變的內(nèi)在聯(lián)絡(luò)。指出內(nèi)部能量耗散與能量釋放是控制巖石損傷至整體破壞的兩個(gè)不同的物理力學(xué)過程，能量耗散使巖石產(chǎn)生損傷，并導(dǎo)致巖性劣化和強(qiáng)度喪失；能量釋放那么是引發(fā)巖石整體忽然破壞的內(nèi)在緣由；給出了基于能量耗散的損傷與強(qiáng)度喪失準(zhǔn)那么和基于可釋放應(yīng)變能的整體破壞準(zhǔn)那么。針對(duì)工程擾動(dòng)誘發(fā)沖擊地壓災(zāi)禍的問題，利用實(shí)驗(yàn)和數(shù)值分析手段，研討了不同誘發(fā)要素下巖體失穩(wěn)以及工程體的呼應(yīng)規(guī)律；提出了放

25、炮震動(dòng)誘發(fā)巷道圍巖失穩(wěn)的能量判別準(zhǔn)那么；模擬分析了不同煤層厚度、原巖應(yīng)力和頂?shù)装鍎偠葪l件下，采場煤巖體的應(yīng)力場和彈性應(yīng)變能的變化規(guī)律和分布特征；運(yùn)用能量方法，提出了放炮震動(dòng)誘發(fā)巷道圍巖失穩(wěn)的能量判別準(zhǔn)那么；基于能量耗散原理的煤巖體沖擊地壓機(jī)理與破壞分析，建立了基于非平衡態(tài)熱力學(xué)的沖擊地壓失穩(wěn)的判別方法; 在Lippmann沖擊地壓根本實(shí)際的根底上，建立了沖擊地壓三維力學(xué)數(shù)學(xué)模型，分析了煤層整體突出前臨界形狀下的應(yīng)力分布情況；得出了更合理的煤層突出范圍度量目的以及煤層整體平動(dòng)式突出傾向性的斷定方法。在深部煤礦巖層運(yùn)動(dòng)與采動(dòng)應(yīng)力場分布規(guī)律方面，北京科技大學(xué)、山東科技大學(xué)、煤炭科學(xué)研討總院、安徽理工

26、大學(xué)等單位運(yùn)用高精度微地震定位技術(shù)監(jiān)測(cè)了深部開采條件下多種邊境條件采場覆巖空間構(gòu)造的運(yùn)動(dòng)規(guī)律和應(yīng)力場遷移規(guī)律、巖體三維空間破裂規(guī)律，提出了長壁采場覆巖空間構(gòu)造實(shí)際，并勝利運(yùn)用于評(píng)價(jià)沖擊地壓發(fā)生的能夠性、估計(jì)礦井瓦斯涌出量、估計(jì)關(guān)鍵層運(yùn)動(dòng)及采場頂板壓力；系統(tǒng)地研討了覆巖空間構(gòu)造及其應(yīng)力場分布特征；經(jīng)過數(shù)值分析方法模擬研討了采場圍巖構(gòu)造工程呼應(yīng)特征、三維應(yīng)力場分布特征，提出用采煤任務(wù)面三維“應(yīng)力殼觀念來解釋了采煤任務(wù)面周圍的礦山壓力顯現(xiàn)規(guī)律。在深部煤礦動(dòng)力災(zāi)禍的監(jiān)測(cè)預(yù)警與綜合防治實(shí)際方面，北京科技大學(xué)、中國礦業(yè)大學(xué)徐州、煤炭科學(xué)研討總院等單位研討了礦震構(gòu)造活動(dòng)型、頂板斷裂沖擊型和煤柱沖擊型三種不同

27、震源機(jī)制，分析了礦震孕育、發(fā)生與開采過程的關(guān)系；建立了開采擾動(dòng)勢(shì)模型，提示了礦震發(fā)生及其規(guī)模與開采深度、開采量、斷層構(gòu)造和應(yīng)力環(huán)境的關(guān)系，處理了定量預(yù)測(cè)礦震發(fā)生時(shí)間、空間和強(qiáng)度的難題；開發(fā)出采礦地球物理方法電磁輻射預(yù)測(cè)礦井動(dòng)力災(zāi)禍技術(shù)，研制出“便攜式電磁輻射沖擊地壓突出監(jiān)測(cè)儀，并勝利地進(jìn)展了現(xiàn)場實(shí)驗(yàn)和運(yùn)用。采用微地震監(jiān)測(cè)技術(shù)分析了煤礦沖擊地壓前兆信息，經(jīng)過追蹤巖石破裂在空間上的開展，勝利地提示了沖擊地壓發(fā)生的機(jī)理，為預(yù)測(cè)沖擊地壓、確定解放層參數(shù)等提供了根據(jù)；勝利地實(shí)施了煤層卸載爆破、深孔斷頂爆破、開采維護(hù)層、合理開采布置等技術(shù)來防治煤礦沖擊地壓，積累了豐富的閱歷。工程組長期從事煤礦動(dòng)力災(zāi)禍研討

28、，在新汶、徐州、兗州、大屯、鶴崗、華亭、平頂山、義馬、邯鄲、豐城、南桐、鄂爾多斯等地域開展了煤礦動(dòng)力災(zāi)禍的防治任務(wù)，為本工程研討提供了有利條件。2實(shí)驗(yàn)室任務(wù)根底中國礦業(yè)大學(xué)北京、徐州“煤炭資源與平安開采和“深部巖膂力學(xué)與地下工程兩個(gè)國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室具有較扎實(shí)完善的研討根底，實(shí)驗(yàn)室擁有一批高性能的先進(jìn)設(shè)備，包括國內(nèi)第一臺(tái)可供固體樣品微區(qū)分析的激光微探針-飛行時(shí)間型二次離子質(zhì)譜儀，可做正負(fù)離子及同位素組成微區(qū)分析；粉末X射線衍射儀和原子吸收光譜儀，可供物相、礦物的定量和伴生元素的測(cè)定；X射線熒光光譜儀，可供煤中主量和微量元素的測(cè)定；帶能譜儀的掃描電鏡、MPV-III顯微鏡光度計(jì)，精細(xì)偏光顯微鏡、高速

29、離心機(jī)、顯微FTIR光譜儀、微波消解儀等分析儀器。同時(shí)擁有Disp-24通道巖層失穩(wěn)聲發(fā)射監(jiān)測(cè)系統(tǒng)、TDS-6微震信號(hào)采集系統(tǒng)、地應(yīng)力測(cè)試系統(tǒng)、RIS K2地質(zhì)力學(xué)探測(cè)雷達(dá)、鉆孔紅外成像儀、多波地震儀、瞬變電法儀等工程物探儀器和開發(fā)平臺(tái)，由17套效力器和任務(wù)站與大型軟件構(gòu)成的煤礦高分辨三維地震資料處置解釋系統(tǒng)等，可對(duì)深部煤巖資料變形破裂過程中的聲發(fā)射、電磁輻射、微震等效應(yīng)進(jìn)展測(cè)試研討。工業(yè)計(jì)算機(jī)斷層掃描系統(tǒng)ICT、EHF-EG200KN型全數(shù)字液壓伺服實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)、EHF-UG500KN型全數(shù)字液壓伺服三軸實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)、AutoGraph AGS-H5KN型精細(xì)電子萬能實(shí)驗(yàn)機(jī)、1000噸級(jí)的多功能真三

30、軸特大型實(shí)驗(yàn)機(jī)，三維多功能巖層控制實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)、20MN高溫高壓伺服控制巖體三軸實(shí)驗(yàn)機(jī)、MTS815電液伺服資料實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)、煤巖體水力致裂實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)、SEM高溫疲勞實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)、SPM-9500J2型掃描探針顯微鏡、高速攝影機(jī)、TVS-8000K紅外熱成像儀、PhotoStress Plus System反射式光彈儀系統(tǒng)、大尺度激光外表粗糙儀、高性能并行計(jì)算機(jī)、HP8000圖形任務(wù)站、DELL 1400SC型效力器等高端計(jì)算機(jī)和虛擬現(xiàn)實(shí)開發(fā)及顯示投影系統(tǒng)、先進(jìn)的巖土工程數(shù)值模擬計(jì)算軟件ANSYS、ABAQUS、FLAC3D、UDEC3D、PFC等為工程研討提供了良好的條件。3工程組織與管理方式以國內(nèi)長期從

31、事預(yù)防煤礦煤礦動(dòng)力災(zāi)禍技術(shù)及根底研討、并與國際同行具有廣泛協(xié)作交流的中國礦業(yè)大學(xué)北京、徐州作為工程申報(bào)單位，結(jié)合我國身手域科研實(shí)力最強(qiáng)的煤炭科學(xué)研討總院、北京科技大學(xué)、四川大學(xué)、遼寧工程技術(shù)大學(xué)、山東科技大學(xué)和安徽理工大學(xué)等骨干單位，構(gòu)成跨部門、多學(xué)科交叉的整體結(jié)合研討隊(duì)伍。工程將采取首席科學(xué)家擔(dān)任制，實(shí)行首席科學(xué)家與課題擔(dān)任人兩級(jí)責(zé)任管理；設(shè)立學(xué)術(shù)咨詢專家組進(jìn)展指點(diǎn)和監(jiān)視，建立定期檢查制度。工程擬分為6個(gè)課題，課題擔(dān)任人對(duì)首席科學(xué)家擔(dān)任，并接受咨詢專家監(jiān)視。工程將設(shè)立專家任務(wù)組，由各課題擔(dān)任人和國內(nèi)外身手域知名專家組成，嚴(yán)厲按照國家重點(diǎn)根底研討規(guī)劃工程的管理?xiàng)l例實(shí)行動(dòng)態(tài)管理，定期舉行有身手域

32、國內(nèi)外知名學(xué)者參與的國際學(xué)術(shù)研討會(huì)和課題擔(dān)任人任務(wù)會(huì)議，確保工程內(nèi)容的順利完成。四、年度方案第一年度：工程啟動(dòng)協(xié)作階段2021年組建工程專家組和管理組，制定工程運(yùn)作、協(xié)調(diào)和管理方案，完成課題及專題的詳細(xì)論證，編制課題和專題的方案義務(wù)書，落實(shí)詳細(xì)研討方案，全面啟動(dòng)研討任務(wù)。針對(duì)各課題的研討需求，選擇2-3個(gè)典型工程；開展相關(guān)資料的調(diào)研和分析，廣泛會(huì)聚煤炭深部開采中的動(dòng)力災(zāi)禍機(jī)理與防治方面的研討資料，為全面開展研討任務(wù)做好預(yù)備。研討我國深部煤層地質(zhì)構(gòu)造特征，探求煤層、頂?shù)讕r層空間構(gòu)造、宏觀力學(xué)性質(zhì)與動(dòng)力突出之間的關(guān)系；研討深部煤巖石在載荷作用下(包括加載和卸荷)破裂后演化后破裂規(guī)律及其力學(xué)特性，探求煤、巖石微構(gòu)造、裂隙分布特性對(duì)巖石破裂及其演化的