《淺埋煤層短壁開採上覆關鍵層破斷與動力災害防治研究》是依託中國礦業大學，由曹勝根擔任項目負責人的面上項目。
基本介紹
- 中文名：淺埋煤層短壁開採上覆關鍵層破斷與動力災害防治研究
- 項目類別：面上項目
- 項目負責人：曹勝根
- 依託單位：中國礦業大學
項目摘要,結題摘要,
項目摘要
本項目擬針對淺埋煤層短壁開採關鍵層破斷所造成的動力災害進行機理分析和系統防治研究。通過現場觀測、理論分析、數值模擬和相似材料模擬，分析頂板關鍵層破斷失穩機理及主要影響參數。建立系統失穩（以關鍵層破斷為主或以煤柱失穩和關鍵層破斷為主）的目標函式，進而建立系統不同失穩形式下所釋放動能的目標函式。採用粒子群最佳化理論（結合改進的博弈論）,對於可以採取垮落法的頂板，以系統破壞所釋放的動能最小和最大回採率為目標函式進行參數最佳化設計；對於保持頂板穩定不垮的情況，以頂板不垮落（在一定安全係數的前提下）和最大采出率為目標函式進行系統參數最佳化設計。同時根據現場相關參數的測定，結合系統失穩判定函式和相關計算方法，給出系統安全係數的置信區間，並對現場系統參數進行最佳化設計。從而實現保證系統安全開採和提高回採率的參數最佳化設計。
結題摘要
如何通過合理方案設計實現短壁回採過程中留設的支巷間煤柱實現自身的穩定屈服，從而緩解或消除淺埋煤層堅硬頂板破斷大面積來壓所產生的動力災害問題，同時最大程度提高煤炭回收率，對神東地區短壁回採工藝的套用以及實現邊角煤的最大程度回收尤為重要。主要研究內容有：（1）淺埋煤層短壁開採上覆關鍵層破斷失穩機理分析：首先通過突變理論分析了短壁開採過程中煤柱的失穩機理和條件，進而根據理論方程，系統分析了關鍵層開裂前的變形和能量分布力學特性，並進一步對短壁開採過程中關鍵層的開裂和垮落機理進行了理論分析和數值模擬研究，最終通過物理相似模擬和數值模擬系統分析了相鄰區段開採過程中關鍵層的破壞規律；（2）建立關鍵層破斷失穩的目標函式和相應的系統釋放動能函式：根據關鍵層與各參數之間的關係，分析得出關鍵層破斷前彎矩、撓度和能量分布規律，並對關鍵層失穩破斷隨主要參數變化規律進行更深入的分析，最終通過現場實測和數值模擬分析了關鍵層開裂過程中的微震特性；（3）淺埋煤層短壁開採關鍵層失穩造成的動力損傷程度最佳化設計及失穩預警系統研究：結合神東淺埋煤層短壁開採覆岩破壞特徵，創新性的提出了“關鍵層-屈服煤柱”系統安全破壞最佳化設計模型，同時，給出了基於粒子群算法的短壁工作面頂板的安全性評價方法，並最終給出“關鍵層-屈服煤柱”安全破壞預警系統設計流程。
