煤体变形破坏特征与采动应力场演化规律基础研究

The interaction between coal failure and mining pressure field evolution during mining happened obviously, but it is hard to study mining pressure field evolution process under different failure stage with deterministic method. The project is based on the idea that there is strong fractal feature between block distribution of fractured coal and scale distribution and space distribution of coal with microscopic defects, through analysis of block distribution during the coal fracture process, based on the mathematical representation between Damage and Fracture mechanics and fractal dimension, the rigid and non-rigid discrete element block model was raised, the mathematical expression was used to study the relationship between macro-mechanics and microscopic damage structure in order to discuss mining pressure field space-time evolution law under different coal fracture degree, the results are quantitative and reliable and can provide important references to make correct scientific guidance.

采场开采过程中煤体损伤破裂与采动应力场时空演化相互作用明显，然而目前尚无很好地确定性方法来研究煤体处于不同断裂损伤状态下采动应力场演化过程。本项目基于"煤体结构中细观缺陷( 如孔洞、裂隙等) 的尺度分布、空间分布和煤体宏观破碎后的块度分布均具有较强的分形特征"的思想，通过对煤体变形破裂过程中的块度分布状态分析，基于损伤断裂力学与分形维数参数的数学表征，提出煤体损伤破坏的刚性离散单元块体和非刚性离散单元块体模型，引入分形-岩石力学，建立含分形维数的计算表述，实现其数值算法，用以研究因采场覆岩裂断冲击等动力载荷作用下煤体细观损伤结构与宏观力学性质演化关系，进而探讨不同煤体破裂程度条件下采动应力场时空演化规律，为科学定量进行开采活动设计提供理论指导和决策依据。

深部煤炭资源是21世纪我国主体能源的后备储量。假如东部老矿区因浅部资源采完而关井停产，东部发达地区能源将更加紧张。这必然会威胁到国家能源安全，制约国民经济和社会发展，直接影响我国全面建设小康社会、到2020年实现经济翻两番这一宏伟目标的实现。因此，开发东部矿区的深部煤炭资源，保证东部矿区接续生产，为国民经济和社会发展提供充足的煤炭供给，是国家能源安全的的重要保障。.为建立关于深部采场覆岩空间结构全时域演化过程中，基于煤体损伤劣化的采动应力场孕育机理及量化评价依据，动态调控灾害孕育环境，降低或消除致灾条件，还需在前人研究基础上开展大量研究工作。主要包括：深部采场覆岩空间结构全时域演化过程采动应力场互馈效应及定量表征；深部采场全时域动压影响下煤体损伤失稳劣化机制；深部采动应力场孕育过程及评价方法。基于以上科学问题建立起来的深部采动应力场时空孕育机理及其评价体系涵盖内容广泛，具有重要的理论意义和工程应用价值。.通过科技攻关，申请人出版学术专著1部，发表SCI论文7篇、EI论文3篇；获国家发明专利授权8项、软件著作权1项；获山东省科技进步二等奖1项；获山东省青年科技奖，并被省政府聘为国家级科技思想库决策咨询专家。