《西部淺埋煤層薄基岩采動破斷規律與災變控制研究》是依託中國礦業大學，由繆協興擔任項目負責人的聯合基金項目。
基本介紹
- 中文名：西部淺埋煤層薄基岩采動破斷規律與災變控制研究
- 項目類別：聯合基金項目
- 項目負責人：繆協興
- 依託單位：中國礦業大學
項目摘要,結題摘要,
項目摘要
當前及今後相當長的時間內煤炭仍將作為我國的主導能源。西部礦區查明煤炭資源量占全國90%以上。西部礦區多數主採煤層覆岩結構具有淺埋深、薄基岩、厚風積沙的特點，且多採取強采動方式開採，導致強烈礦壓顯現，誘發地表塌陷、水資源流失、突水潰沙、土地沙漠化、煤層自燃等災害，加劇生態與環境系統的惡化。本課題針對西部淺埋煤層薄基岩、厚風積沙等地質構造特徵，在分析基岩與沙土層基本物理力學特性的基礎上，建立采動覆岩破斷與運動分析的力學模型，研究強采動下的覆岩破斷與裂隙演化規律與控制機理；建立強采動下采場支架與圍岩相互作用關係的力學模型；建立采動覆岩多相流體滲流運動控制方程，通過非線性動力學分析，給出滲流突變判據，揭示突水潰沙災害發生機理，並提出相應的防治方法和技術途徑；並且把相關研究成果進行實踐驗證，建成相應的套用基地。
結題摘要
煤炭在我國的能源消耗中占有較大的比例，並且這種情況將長期存在。目前我國煤礦開發的重心已經往西部轉移。針對西部具有淺埋深、薄基岩、厚風積沙的特點礦區在大尺寸、高強度開採條件下所出現的地表塌陷、水資源流失、突水潰沙、土地沙漠化、煤層自燃等災害，展開覆岩采動破斷、裂隙演化、礦壓顯現控制以及突水潰沙災害等研究對西部礦區安全開採與生態環境保護具有重要的意義。項目執行的主要情況如下： 1） 針對西部淺埋煤層薄基岩、厚風積沙等地質構造特徵，開展西部礦區基岩的物理力學特性的研究，給出基岩膠結特性與礦物成分以及沙土固結性能與礦物成分之間的關係，並與取自鶴崗的岩樣進行對比，獲得了西部岩石能量耗散特性、彈性特性等岩石屬性。通過對風積沙進行壓實試驗，獲得了風積沙的應力應變關係、風積沙容重變化規律、風積沙變形模量變化特性等重要數據。使用實測、數值模擬的方法展開對西部礦區強采動作用下的圍岩破壞規律研究，並分析了充填採煤對采場覆岩變形以及地表沉降的影響。 2） 研究強采動下采場礦壓顯現規律與控制，采場支架與圍岩運動相互作用關係。針對傳統模擬實驗平台不能模擬出工作面頂板破斷以後形成的衝擊載荷這一情況，開發了專用模擬實驗平台，並進行了動載衝擊效應模擬實驗；建立基本頂運移的力學模型，進行動載條件下支架與圍岩關係進行實驗研究；分析高強度開採工作面煤岩災變的推進速度效應；對高強度開採采場覆岩破斷演化過程進行分析，使用功能原理分析了基本頂破斷位置、破斷頂板載荷、支架參數和直接頂性質對最大衝擊載荷的影響，並提出了支架阻力確定的方法。 3） 設計一種水沙運移模擬試驗裝置，根據神東礦區典型地層結構特徵及沙層結構參數，模擬了不同級配及含水量的沙樣的水沙動力學過程，並研究獲取了淺埋薄基岩地質結構條件下水沙兩相介質運動機制，闡明了誘發突水潰沙災害的水沙動力學機制。針對礦山突水問題，圍繞礦山岩體破壞突水過程中，流體的非達西流和流場動力學統一性特徵，基於流體質量守恆和壓力平衡原理，建立了三流場（Darcy層流、Forchheimer流和N-S紊流）耦合非線性滲流模型，用於揭示突水過程中流體流態轉捩（含水層層流到巷道紊流）的滲流本質。通過模擬突水瞬態流動全過程，揭示了陷落柱突水非線性滲流機理。
