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煤矿深部开采突水动力灾害预测与防治关键技术
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  • 公布年份:
    2015
  • 中图分类:
    TD745
  • 关键词:
  • 成果简介:
    该项目属于煤矿开采、矿山安全和地球物理观测仪器等学科交叉领域。中国华北、华东地区煤矿水文地质条件复杂,随开采深度增加,底板高承压水突出威胁日趋严重,近10年发生重特大突水事故52起,死亡人数近千人,直接经济损失30多亿元,突水已成为煤矿安全生产重大隐患。深部开采岩体高应力-强渗流突水灾变过程极其复杂,以往浅部开采突水理论及防治技术体系,不能适应深部高承压水及其复杂的地质力学环境,难以实现重特大突水灾害的有效防治。该项目依托国家科技支撑计划、973前期计划及一批重点煤矿水害防治课题,围绕深部开采高应力、高水压特征及理论技术难题,历经多年科研攻关与工程实践,形成了深部开采高承压突水动力灾害预测理论与防治关键技术,主要创新成果如下:理论研究。分析大量突水案例和实验基础上,建立了基于采动应力场转移的深部岩体结构形变演化底板突水致灾动力学模型;给出了高应力-强渗流复杂条件岩体断裂面滑剪与裂隙尖点突变判据,揭示了采动岩体突水通道时空演化规律;提出了突水孕育过程水-岩-应力相互作用致灾机理和灾变模式。实验方法。首创了大比例数控机械动压模拟与三维柔性加载相似材料实验装置,研发了岩石真三轴流固耦合裂隙扩展实验系统,攻克了采动传递岩梁结构形变与应力场演化及大尺度试件多场耦合渗流实验技术难题;研制了双向加载底板流固耦合突水模拟实验系统及新型试验材料,揭示了高应力条件下断层滑剪、散面裂隙扩展等突水通道形成机制及灾变演化规律。监测技术。攻克了含水体位置、规模与导水通道精细探査技术难题,研发了构造水力性质判识预报信息系统;研制了煤岩应力在线监测、分布式广域网微地震及地音监测系统、底板三维电法水文动态监测及岩体破裂导水智能监测系统,实现了水-岩-应力相互作用时空在线综合监测与突水点的精确定位。工程防治。建立了集应力-微震-地音-裂隙在线监测、地质超前预报、矿井水文自动监测为一体的深部突水动力灾害综合预警平台;研发了新型注浆加固、快速封堵系列高分子材料及成套装备;提出了以合理开拓布局、无煤柱开采及柔性充填开采为核心的控制断层滑剪、散面裂隙扩展诱发突水为目标的新型采矿方法,形成了深部突水灾害综合防治工程技术体系。中国工程院张铁岗院士认为项目成果达到国际领先水平:澳大利亚联邦科学院首席采矿科学家Guo Hua及著名岩石力学专家Ove Stephansson评价该项目在深部突水动力灾害防治基础理论方面取得了实质性进展,建立了实验、监测和治理体系,具有很高应用价值。成果在开滦集团、肥矿集团、新矿集团等四十多对矿井应用,近三年安全采出原煤2200多万吨,新增产值105.6亿元:研发仪器装备在国内外矿山和科研院所得到广泛应用,经济社会效益巨大。项目授权发明专利16项,发表论文76篇,出版著作5部,获省部级一等奖2项、二等奖3项,编写了《煤矿防治水规定释义》,建立了工程示范基地。
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