深部煤层开采矿井突水机理与防治基础研究

矿井突水是矿井重大灾害之一，掌握深部开采突水机理实现突水动态监测和准确预测是目前矿井水害防治的重要课题和难题，因此，进行深部开采突水机理、预测、监测基础研究，对于保障矿井安全生产具有重要的理论意义和应用价值。项目重点采用理论分析、现场测试、数值计算、物理模拟等多途径、多方法，对深部采动条件下高应力场等多场共同作用的动力学过程、突水机理、突水预测、动态监测进行系统研究，具体包括：⑴深部采动条件下高围压、高地温、高水压下的多场耦合特征及其对突水的综合作用机制，建立深部开采底板突水机理；⑵深部开采顶板岩体采动裂隙特征与突水通道演化机理；⑶基于信息融合及数据挖掘等技术的突水预测基础理论及方法；⑷工作面突水构造及岩层采动破裂的物理场响应特征，工作面突水物理场响应特征与动态监测，提出工作面突水的动态实时监测理论与方法。解决上述相关基础科学问题，为建立深部开采突水机理与防治基础理论体系奠定基础。

项目主要围绕深部开采工作面底板突水机理研究、覆岩采动裂隙特征与突水通道演化机理、突水预测预报的基础理论及方法和工作面含水构造物理场响应特征与突水的动态监测四个方面的内容，采用理论分析、数值计算、物理模拟、现场试验等多途径、多方法对深部煤层开采矿井突水机理与防治中的关键科学问题进行研究。.在深部矿井“三高一扰动”的开采条件下，采用力学理论、数值计算、室内实验和现场实测方法研究回采过程中底板动态应力分布、裂隙萌生-扩展-贯通及破坏时空演化规律，并提出损伤变量D的定量化计算方法。基于MTS815.03伺服试验系统，进行高围压应力应变-渗透率全过程试验，研究了孔隙水压作用下抗剪强度参数计算方法和岩石弹性模量、泊松比与围压和水压的关系，建立了弹性模量围压效应与泊松比水压效应拟合方程。分析了多含水层在水力联系、涌水特点、突水影响因素和突水规则等方面的差异，并完成了构造位移反分析。针对陷落柱、断层构造，从流固耦合角度揭示了构造影响下突水通道的形成过程。.研究了覆岩结构变形动态演化规律、高承压水体上煤层似膏体充填置换开采覆岩运动监测、深井采动覆岩裂隙扩展及导水通道演化机理及控制因素，并研制高水压岩石应力—渗流耦合真三轴试验系统、采动煤层顶底板突水相似模拟试验系统、深部高水压矿井突水自动监测报警系统、深部覆岩裂隙发育高度探测系统和深部地音监测系统。.基于D-S证据理论支持下的多源信息融合方法，在证据理论的基本置信函数的构建模型上提出新算法，进行基本置信函数的构建和优化组合，为深部矿井突水发生可能性的判断提供理论依据。建立采动应力场与渗透性耦合条件下矿井不同突水模式的水量预测模型及方法，形成基于突水前兆信息的矿井突水水量预测基础理论。进行了高承压含水层水文地质参数局部和全局敏感度分析。开发了底板突水危险性评价专家系统。.研究了工作面含水构造物理场响应特征与突水的动态监测，分别探讨了存在隐伏含水体及突水构造的工作面、掘进工作面前方地质异常体和底板及顶板岩层采动破裂的物理场响应特征以及工作面突水的物理场特征，提出了工作面含水构造精细探查和掘进工作面前方地质异常体的有效超前探测方法，为突水条件探查和突水过程动态监测奠定理论基础。.上述相关基础科学问题的研究成果，对于保障矿井安全生产具有重要的理论意义和应用价值。