煤炭深部开采冲击地压系统动力失稳机理及能量条件

Rockburst is one of the most serious dynamic disasters in coal mine production. In this project, site investigation, theoretical analysis, experimental research, numerical simulation, engineering test and multidiscipline intersection comprehensive analysis methods will be used. Coal mines with rockburst hazard in deep mining, such as Yuejin coal mine, Qianqiu coal mine and Wulong coal mine will be taken as research bases to research the evolution law of mining stress field influenced by primary rock stress field and dynamic mining, dynamic mechanism and induced conditions of rockburst will be revealed at the same time. In our project, a rockburst system model will be built, which combined with elastic mechanics theory and experimental research method to confirm energy characteristics and critical energy of the system. The deformation and failure law and mechanical properties of coal and rock structure in different sizes will be researched to reveal dynamic response characteristics of rockburst in deep mining by using experimental research method. The temporal and spatial evolution law of energy field in mining will be analysed by numerical simulation method to reveal dynamic failure mechanism and energy condition of rockburst influenced by mining. At last, optimization scheme of roadway support and technology system of prevention and cure will be built based on rockburst system in deep mining combined with energy support theory and similar material simulation experiment. After mining practices in Yuejin coal mine and other research bases, our project will provide theoretical foundation and scientific basis to the prevention and control of rockburst in deep mining .

冲击地压是煤矿生产中最为严重的动力灾害之一。项目采用现场调研、理论分析、实验研究、数值模拟、工程试验和多学科交叉综合分析的研究方法。以深部开采冲击地压矿井跃进煤矿、千秋煤矿和五龙矿为研试基地，研究原岩应力场和动态开挖耦合下的采动应力场演化规律，揭示冲击地压失稳破坏的动力机制和诱发条件；应用弹性力学理论，结合实验研究方法，建立冲击地压系统模型，确定冲击地压系统能量特征及临界能量；采用试验研究方法，分析不同尺度大小的冲击地压系统变形破坏规律及力学特性，建立深部冲击地压系统的多尺度动力灾害判别准则；采用数值计算方法，分析开挖过程中能量场的时空演化规律，揭示开采扰动诱发冲击地压的动力失稳机理和能量条件；应用能量支护理论，结合相似材料模拟实验，建立基于深部开采冲击地压系统的巷道支护优化方案和防治技术体系；对跃进煤矿等研试基地开展工程实践，为深部开采冲击地压综合防治提供理论基础和科学依据。

冲击地压是煤矿开采最为严重的动力灾害之一。随着煤炭开采不断向深部延伸，深部开采的地质力学环境条件复杂(高地压、高地温、高水压、高瓦斯、煤岩体系统复杂、低煤岩渗透性)和开采强度加大等因素的影响，使冲击地压灾害发生的强度增大和频次增加，严重的威胁煤矿安全高效生产。冲击地压灾害事故频发，也充分表明深部开采冲击地压的相关基础理论研究还不够系统深入，对冲击地压发生的根本原因认识还不够清晰，尚未达到精准预警和有效防治的水平，亟待在冲击地压的基础理论研究上取得重大突破和创新性成果。.在此背景条件下，在国家自然科学基金资助下，本项目针对煤炭深部开采冲击地压动力失稳机理及能量条件进行了研究，采用了理论分析、现场测试、实验室研究和数值计算等研究方法。主要进行了以下工作:(1) 通过对矿井地质动力环境的研究，确定了冲击地压矿井的地质动力环境类型，揭示地质动力环境是冲击地压发生的必要条件；(2) 通过原岩应力测量和构造应力场分析，划分了构造应力区，确定了应力是冲击地压发生的基础条件；(3) 建立了冲击地压煤岩系统，确定冲击地压系统能量特征及临界能量，揭示冲击地压发生的能量条件；(4) 分析了冲击地压的失稳破坏的动力机制和诱发条件，分析了巷道冲击地压的开挖过程中能量场的时空演化规律，提出了巷道支护优化方案和有效防治措施。.本项目创新性成果包括：提出了矿井开采的地质动力环境评价方法和冲击地压的煤岩体系统能量理论，发明了深部开采冲击地压危险性的监测、预警方法和深孔爆破卸压防治技术。该成果为冲击地压的能量理论研究提供了创新思路，并应用于龙煤双鸭山集贤煤矿、义马煤业跃进煤矿和神华新疆乌东煤矿等矿井冲击地压防治中，对冲击地压的有效防治提供了技术支撑，保障了煤矿安全高效生产。.项目执行期间，发表国内外学术期刊论文11篇(SCI论文4篇、EI论文2篇、BAK论文1篇)；获批辽宁省科协出版著作基金资助专著1部；参加国内外学术会议10次，学术报告2次；获省部级科技奖励4项，一等奖1项，二等奖3项；授权国家发明专利7项；培养毕业博士研究生2名；按期完成了研究任务，基于本项目获批国家重点研发计划项目课题“深部复合动力灾害一体化防治技术集成与工程示范(2017YFC0804209)”。