條帶煤柱漸進破壞失穩災變機理及性能提升

《條帶煤柱漸進破壞失穩災變機理及性能提升》是依託山東科技大學，由陳紹傑擔任項目負責人的面上項目。

基本介紹

• 中文名：條帶煤柱漸進破壞失穩災變機理及性能提升
• 項目類別：面上項目
• 項目負責人：陳紹傑
• 依託單位：山東科技大學

項目摘要

我國條帶煤柱數量巨大，煤柱失穩會誘發多種礦山災害。本課題採用現場調研、理論分析、力學試驗、相似模擬、數值模擬、現場試驗與工程反饋的方法開展如下研究。①與常規蠕變試驗不同，從煤岩試樣邊緣漸進破壞進程和破壞後至失穩前的各部位力學特性入手，研究煤岩長期承載過程中的突變破壞機理和失穩判據。②煤柱變形與穩定性之間的關係，煤柱破壞與失穩的差別及破壞到失穩的演化過程，不同條件下煤柱的允許破壞範圍和程度，建立煤柱變形預測煤柱失穩的預測方法。③以煤柱-覆岩作為整體研究提高煤柱性能尤其是煤柱邊緣性能的可能性和可行性方法，初步確立針對條帶煤柱誘發的不同災害的煤柱性能提升方法。④研究不同條件下條帶開採覆岩結構模型、條帶煤柱失穩對地表塌陷的誘災機理、規律、工程物理力學模型及防治方法。課題研究將為條帶煤柱失穩災變機理及安全防護提供新的理論基礎，對條帶煤柱的合理留設和提高回收率、煤柱失穩誘發的災害防治具有重要意義。

結題摘要

我國條帶煤柱數量巨大，煤柱失穩將誘發多種嚴重礦山災害。本項目綜合運用現場調研、理論分析、室內試驗、相似模擬、現場測試等手段進行了條帶煤柱漸進破壞失穩災變機理及性能提升基礎研究。研製了條帶煤柱漸進破壞試驗裝置，進行了大尺寸原煤試樣模擬煤柱長期承載試驗，揭示了煤岩邊緣破壞力學特徵和長期承載突變破壞機理；分析了頂、底板岩性對條帶煤柱破壞失穩影響機制，提出了將側向變形階躍增長作為煤柱破壞失穩前兆特徵；提出了“頂板-煤柱”組合體試樣巨觀破壞起裂概念，明確了岩煤高比、載入速率對組合體試樣強度、巨觀破壞起裂及其漸進破壞影響規律：模擬了條帶煤柱漸進破壞順序，揭示了煤柱漸進失穩特徵；研製了條帶煤柱垂直變形監測裝置、大量程高頻率煤體橫向變形監測方法和監測儀，發現了深部煤體橫向變形的非連續、階躍式、突變式特徵；明確了乾濕循環和酸鹼浸泡作用對煤岩力學行為影響，從細觀角度探討了其作用機制；設計了注漿聯合支護錨桿，提出了利用注漿聯合支護錨桿提升煤柱性能技術方法以及充填牆提升煤柱性能的施工方法，給出了充填牆有效提升煤柱的合理強度和尺寸；研製了含柔性載入裝置的三維綜合模擬試驗系統，明確了條帶煤柱失穩引起的覆岩移動與地表變形規律、覆岩應力場演化規律；分析了基於條帶開採的綜合減沉技術方法，提出了條采採空區一體化綜合治理技術方法。 在本項目執行過程中，在《Rock Mechanics and Rock Engineering》、《岩石力學與工程學報》等國內外高水平期刊發表論文25篇，其中，SCI、EI收錄論文21篇；出版《礦井特殊開採方法》學術專著1部；授權專利11項，其中發明專利9項；獲國家科技進步二等獎1項、教育部科技進步二等獎1項、中國岩石力學與工程學會科技進步二等獎2項；項目負責人獲山東省青年科技獎、高等學校採礦工程專業學生實踐作品優秀指導教師獎2項。 本項目研究將為條帶煤柱失穩災變機理及安全防護提供新的理論基礎，對條帶煤柱合理留設和提高回收率、煤柱失穩誘發的災害防治具有重要意義。