深部煤層開採礦井突水機理與防治基礎研究

深部煤層開採礦井突水機理與防治基礎研究

《深部煤層開採礦井突水機理與防治基礎研究》是依託山東科技大學,由程久龍擔任項目負責人的重點項目。

基本介紹

  • 中文名:深部煤層開採礦井突水機理與防治基礎研究
  • 項目類別:重點項目
  • 項目負責人:程久龍
  • 依託單位:山東科技大學
項目摘要,結題摘要,

項目摘要

礦井突水是礦井重大災害之一,掌握深部開採突水機理實現突水動態監測和準確預測是目前礦井水害防治的重要課題和難題,因此,進行深部開採突水機理、預測、監測基礎研究,對於保障礦井安全生產具有重要的理論意義和套用價值。項目重點採用理論分析、現場測試、數值計算、物理模擬等多途徑、多方法,對深部采動條件下高應力場等多場共同作用的動力學過程、突水機理、突水預測、動態監測進行系統研究,具體包括:⑴深部采動條件下高圍壓、高地溫、高水壓下的多場耦合特徵及其對突水的綜合作用機制,建立深部開採底板突水機理;⑵深部開採頂板岩體采動裂隙特徵與突水通道演化機理;⑶基於信息融合及數據挖掘等技術的突水預測基礎理論及方法;⑷工作面突水構造及岩層采動破裂的物理場回響特徵,工作面突水物理場回響特徵與動態監測,提出工作面突水的動態實時監測理論與方法。解決上述相關基礎科學問題,為建立深部開採突水機理與防治基礎理論體系奠定基礎。

結題摘要

項目主要圍繞深部開採工作面底板突水機理研究、覆岩采動裂隙特徵與突水通道演化機理、突水預測預報的基礎理論及方法和工作面含水構造物理場回響特徵與突水的動態監測四個方面的內容,採用理論分析、數值計算、物理模擬、現場試驗等多途徑、多方法對深部煤層開採礦井突水機理與防治中的關鍵科學問題進行研究。 在深部礦井“三高一擾動”的開採條件下,採用力學理論、數值計算、室內實驗和現場實測方法研究回採過程中底板動態應力分布、裂隙萌生-擴展-貫通及破壞時空演化規律,並提出損傷變數D的定量化計算方法。基於MTS815.03伺服試驗系統,進行高圍壓應力應變-滲透率全過程試驗,研究了孔隙水壓作用下抗剪強度參數計算方法和岩石彈性模量、泊松比與圍壓和水壓的關係,建立了彈性模量圍壓效應與泊松比水壓效應擬合方程。分析了多含水層在水力聯繫、湧水特點、突水影響因素和突水規則等方面的差異,並完成了構造位移反分析。針對陷落柱、斷層構造,從流固耦合角度揭示了構造影響下突水通道的形成過程。 研究了覆岩結構變形動態演化規律、高承壓水體上煤層似膏體充填置換開採覆岩運動監測、深井采動覆岩裂隙擴展及導水通道演化機理及控制因素,並研製高水壓岩石應力—滲流耦合真三軸試驗系統、采動煤層頂底板突水相似模擬試驗系統、深部高水壓礦井突水自動監測報警系統、深部覆岩裂隙發育高度探測系統和深部地音監測系統。 基於D-S證據理論支持下的多源信息融合方法,在證據理論的基本置信函式的構建模型上提出新算法,進行基本置信函式的構建和最佳化組合,為深部礦井突水發生可能性的判斷提供理論依據。建立采動應力場與滲透性耦合條件下礦井不同突水模式的水量預測模型及方法,形成基於突水前兆信息的礦井突水水量預測基礎理論。進行了高承壓含水層水文地質參數局部和全局敏感度分析。開發了底板突水危險性評價專家系統。 研究了工作面含水構造物理場回響特徵與突水的動態監測,分別探討了存在隱伏含水體及突水構造的工作面、掘進工作面前方地質異常體和底板及頂板岩層采動破裂的物理場回響特徵以及工作面突水的物理場特徵,提出了工作面含水構造精細探查和掘進工作面前方地質異常體的有效超前探測方法,為突水條件探查和突水過程動態監測奠定理論基礎。 上述相關基礎科學問題的研究成果,對於保障礦井安全生產具有重要的理論意義和套用價值。

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