深部煤柱長期支承效應與蠕變破壞失穩基礎研究

《深部煤柱長期支承效應與蠕變破壞失穩基礎研究》是依託山東科技大學，由陳紹傑擔任項目負責人的青年科學基金項目。

基本介紹

• 中文名：深部煤柱長期支承效應與蠕變破壞失穩基礎研究
• 項目類別：青年科學基金項目
• 項目負責人：陳紹傑
• 依託單位：山東科技大學

項目摘要

隨著華東煤炭資源開採深度持續加大，我國在深部煤柱長期承載及穩定狀態方面的研究需求更顯緊迫。本項目採用理論分析、室內試驗、現場試驗與工程反饋等方法進行如下研究工作：（1）通過不等時、三軸蠕變試驗，建立深井煤岩蠕變本構模型，研究煤岩壓縮蠕變破壞失穩判據及理論長期強度確定方法，以此作為分析覆岩長期載荷下煤柱應力-變形狀態的基礎；（2）通過三維相似材料模擬試驗和現場長期實測研究深部煤柱長期強度和支承壓力的演化規律，擬得到深部條帶煤柱載荷及其長期強度的計算方法；（3）結合相關礦區條帶開採地表移動變形數據，評價深部條採煤柱長期穩定性能與狀態，擬提出深部條帶開採煤柱寬度及開採寬度的設計原則，為最大限度的開採深部呆滯煤炭資源提供理論支持和安全保證。本項目研究內容是學科發展前沿課題，對於推動礦業工程和安全工程等學科的發展具有重要科學意義，研究成果將具有重要的理論意義和實際價值。

結題摘要

原本處於穩定狀態的深部煤柱，隨著時間的推移，由於蠕變效應逐漸明顯顯現而破壞失穩。本課題主要考慮高應力、強蠕變、大變形、長期承載等特點，以最具代表性的深部條帶煤柱作為研究對象，採用室內試驗、現場測試、理論分析等方法進行了深部煤柱長期支承效應與蠕變破壞失穩基礎研究。進行了煤岩精細蠕變試驗研究，明確了深部煤岩流變過程中微破壞和脆性突變變形的存在，分析了煤岩蠕變破壞的本質特性；通過自然狀態煤岩試件和飽水試件的蠕變試驗，分析了浸水對煤岩蠕變特性的影響；通過短時和較長時蠕變試驗，研究了時間對煤岩長期強度的影響，提出了煤岩的理論長期強度的確定方法。建立了條帶煤柱長期穩定性能的監測方法，對岱莊煤礦和唐口煤礦條帶煤柱長期穩定性能進行了監測並分析了其演化規律，研究表明深部條帶煤柱的蠕變特徵較淺部煤柱明顯的多。提出了不同采寬和煤柱狀態的深部條帶煤柱載荷計算方法以及基於尺寸效應、圍壓效應和時間效應的煤柱長期強度計算方法，分析了深部條帶煤柱塑性破壞區和彈性核區的長期演化特徵和最終寬度；提出了在控制地表變形的條件下，深部條帶開採中合理設計條帶煤柱尺寸的方法。本課題所研究的內容是學科發展前沿課題，對於推動礦業工程和安全工程等學科的發展具有重要科學意義，研究所得的成果具有重要的理論意義和實際價值。在本項目執行過程中，共發表文章23篇，其中在International Journal of Rock Mechanics and Mining Sciences等刊物上發表“Field investigation of long-term bearing capacity of strip coal pillars”等SCI、EI收錄的論文9篇；課題研究成果“條帶煤柱長期支承性能及其對地表變形控制研究與套用”和“深部條帶煤柱長期穩定性基礎研究”分別獲得山東省科技進步二、三等獎，“條帶煤柱蠕變支承性能與破壞失穩研究及套用”和“深井條採煤柱支承效應及覆岩形變控制技術”獲得中國煤炭工業科學技術獎二等獎。項目負責人入選了教育部新世紀優秀人才支持計畫，獲得了全國優秀科技工作者、全國煤炭青年科技獎、中國岩石力學與工程學會青年科技獎銀獎等榮譽稱號。按照課題的研究工作計畫，在實際研究過程中針對具體情況，少量進行了修改，並拓展了研究工作和創新內容。整體說來，較好的完成了課題的全部工作計畫。