層次結構底板次生斷裂構造活化突水致災機理基礎研究

《層次結構底板次生斷裂構造活化突水致災機理基礎研究》是依託山東科技大學，由張文泉擔任項目負責人的面上項目。

基本介紹

• 中文名：層次結構底板次生斷裂構造活化突水致災機理基礎研究
• 項目類別：面上項目
• 項目負責人：張文泉
• 依託單位：山東科技大學

項目摘要

礦井底板突水災害約70%與構造有關，對此問題已有所認知，但對主要斷裂附近次生斷裂活化突水研究甚少，考慮底板層次組合協同作用的研究更少，而次生斷裂構造活化突水極具隱蔽性，造成的危害更嚴重。課題從岩層岩性及其層次組合和次生斷裂構造生成擴展入手，建立適宜沉積特徵的地質力學模型，推求采場底板類似多層複合板的分層破斷準則；結合相似材料模擬和剪下滲流實驗深入研究多岩性組合層次底板次生裂隙和層間裂隙在礦山壓力及承壓水作用下滲透性的特徵，研究多斷裂組合、層次組合結構對次生裂隙活化擴展程度的影響及其與形成突水通道而突水致災的關聯作用，以獲得次生斷裂裂隙與層間裂隙擴展、貫通形成突水通道的時空演化過程，分析最易因次生斷裂構造活化與層間裂隙貫通形成突水通道而致災的岩層組合結構，揭示礦井底板在次生斷裂構造在應力場滲流場作用下擴展活化形成突水通道而突水致災的機理，這對完善突水防治理論，保障礦井安全生產具有重要意義。

結題摘要

針對層次結構底板次生斷裂構造活化突水致災機理基礎研究這一科學命題，分析確定了層合岩性底板臨界損傷破壞層的位置，建立了層次結構底板采動破壞深度的理論解析公式；通過對自製的“類斷層破碎帶裂隙岩體”的多場滲透特性試驗和主次斷層不同對應關係與次生斷層多種參量的類岩石材料單軸、真三軸實驗，獲知了不同條件下類斷層破碎帶裂隙岩體的裂紋擴展與滲透性特徵、多場效應及其演化過程；以獨有專利技術，利用構建的可考慮多場耦合效應的相似材料模型進行了開採動態的精細模擬，得到了采動效應下次生斷層變形破壞的過程及程度；分析了采動誘導次生斷層活化的動力學過程，確立了次生斷層活化臨界突水力學判據；藉助COD方法，分析了水壓力對斷層張開量的影響規律，構建了含主次斷裂構造的突水動力學模型，利用FLAC3D-FLUID-MECHANICAL耦合模組提供的平台，對所建模型進行了二次開發模擬，獲得了不同參數回響間的關係與滲流對其的蝕損弱化程度等宏細觀力學特徵；提出了采動場效應誘導下次生斷層活化突水機制；完成了主次斷層影響因素的排序；基於模糊物元理論、未確知-熵權理論及Fisher理論方法，利用GIS多源地學信息複合疊加方法，建立了不同模式下多因素致災的斷裂活化突水預測模型，提高了采動效應誘導下主次生斷層活化突水的預防預控效果。本項目成果進一步完善了主次生斷層活化突水致災機理，豐富了煤礦水災害預防預控理論。 在本項目執行期間，共發表學術論文30篇，其中SCI、EI檢索15篇，核心期刊12篇，出版專著3部，申請和授權國家發明專利14項，獲得省部級科研獎勵7項。本項目研究成果已在地質構造複雜的恆源公司、五溝煤礦等多個煤礦等進行了推廣套用。實踐證明，依據本項目成果既能有效預防主次斷層活化突水事故的發生，重新留設的斷層防水煤柱又能提高煤炭回收率，具有很大的實際套用價值，且可為類似地質條件下煤礦安全生產提供重要的科學依據。