深部煤柱长期支承效应与蠕变破坏失稳基础研究

随着华东煤炭资源开采深度持续加大，我国在深部煤柱长期承载及稳定状态方面的研究需求更显紧迫。本项目采用理论分析、室内试验、现场试验与工程反馈等方法进行如下研究工作：（1）通过不等时、三轴蠕变试验，建立深井煤岩蠕变本构模型，研究煤岩压缩蠕变破坏失稳判据及理论长期强度确定方法，以此作为分析覆岩长期载荷下煤柱应力-变形状态的基础；（2）通过三维相似材料模拟试验和现场长期实测研究深部煤柱长期强度和支承压力的演化规律，拟得到深部条带煤柱载荷及其长期强度的计算方法；（3）结合相关矿区条带开采地表移动变形数据，评价深部条采煤柱长期稳定性能与状态，拟提出深部条带开采煤柱宽度及开采宽度的设计原则，为最大限度的开采深部呆滞煤炭资源提供理论支持和安全保证。本项目研究内容是学科发展前沿课题，对于推动矿业工程和安全工程等学科的发展具有重要科学意义，研究成果将具有重要的理论意义和实际价值。

原本处于稳定状态的深部煤柱，随着时间的推移，由于蠕变效应逐渐明显显现而破坏失稳。本课题主要考虑高应力、强蠕变、大变形、长期承载等特点，以最具代表性的深部条带煤柱作为研究对象，采用室内试验、现场测试、理论分析等方法进行了深部煤柱长期支承效应与蠕变破坏失稳基础研究。进行了煤岩精细蠕变试验研究，明确了深部煤岩流变过程中微破坏和脆性突变变形的存在，分析了煤岩蠕变破坏的本质特性；通过自然状态煤岩试件和饱水试件的蠕变试验，分析了浸水对煤岩蠕变特性的影响；通过短时和较长时蠕变试验，研究了时间对煤岩长期强度的影响，提出了煤岩的理论长期强度的确定方法。建立了条带煤柱长期稳定性能的监测方法，对岱庄煤矿和唐口煤矿条带煤柱长期稳定性能进行了监测并分析了其演化规律，研究表明深部条带煤柱的蠕变特征较浅部煤柱明显的多。提出了不同采宽和煤柱状态的深部条带煤柱载荷计算方法以及基于尺寸效应、围压效应和时间效应的煤柱长期强度计算方法，分析了深部条带煤柱塑性破坏区和弹性核区的长期演化特征和最终宽度；提出了在控制地表变形的条件下，深部条带开采中合理设计条带煤柱尺寸的方法。本课题所研究的内容是学科发展前沿课题，对于推动矿业工程和安全工程等学科的发展具有重要科学意义，研究所得的成果具有重要的理论意义和实际价值。. 在本项目执行过程中，共发表文章23篇，其中在International Journal of Rock Mechanics and Mining Sciences等刊物上发表“Field investigation of long-term bearing capacity of strip coal pillars”等SCI、EI收录的论文9篇；课题研究成果“条带煤柱长期支承性能及其对地表变形控制研究与应用”和“深部条带煤柱长期稳定性基础研究”分别获得山东省科技进步二、三等奖，“条带煤柱蠕变支承性能与破坏失稳研究及应用”和“深井条采煤柱支承效应及覆岩形变控制技术”获得中国煤炭工业科学技术奖二等奖。项目负责人入选了教育部新世纪优秀人才支持计划，获得了全国优秀科技工作者、全国煤炭青年科技奖、中国岩石力学与工程学会青年科技奖银奖等荣誉称号。. 按照课题的研究工作计划，在实际研究过程中针对具体情况，少量进行了修改，并拓展了研究工作和创新内容。整体说来，较好的完成了课题的全部工作计划。