[01075288]煤矿采场覆岩空间结构演化机理研究及应用技术

该项目研究成果属于煤矿开采和矿山安全学科范畴。 中国矿产资源赋存地质条件复杂，煤矿瓦斯等重大灾害事故严重，尤其是在煤炭行业亏损，效益全面塌陷情况下，迫切需要研究解决煤炭资源的安全开采等关键基础问题。项目研究对提高中国煤炭资源开采的安全性，大幅度降低煤炭资源安全开采成本等具有重要的理论意义，符合中国能源中长期发展战略需求。 自2008年起，在国家“973”计划及省部级科技计划等项目的资助下，对煤矿采场覆岩空间结构演化及相关技术应用进行了系统研究，并将研究成果应用到煤炭安全高效开采中，实现了煤矿安全保障从“被动应付型”向“主动保障型”的转变。取得的主要研究成果如下： 系统建立了煤矿采场覆岩事故空间结构力学模型和相关参数指标体系。提出并量化了“内、外应力场”形成机理及演变规律，构建了采动煤（岩）体在采动应力作用下损伤破坏演化模型，搭建了融采场结构力学参数计算、采动动态模拟、危险源预警于一体的煤矿安全开采可视化仿真平台，为研究采场覆岩运动规律，实现围岩灾害的精准预测和定位控制提供了一种全新的技术手段； 提出了以改变致灾动力源为手段的煤矿采场重大事故控制方法技术体系。基于采场覆岩运动和支承压力集中是围岩灾害的根本致因的共识，创新提出了基于吸能原理的“预留变形巷旁充填沿空留巷技术”，并构建了巷旁充填体对覆岩载荷的“给定变形”结构力学模型；研究提出了条带采空区煤柱复采及灾害预控技术，提高采空区煤柱回采率，延长矿井（尤其是衰老矿井）服务年限的同时，消除了诱发采场动力灾害的致因，实现了矿井绿色开采； 量化了矿井构造应力场与采动应力场的叠加作用于底板岩层演化规律及分布特征。突出煤矿采场开采过程中诱发事故的动力特征，提出了鲁西矿区应力场背景及其构造运动演变规律；通过分析构造应力场演化过程；应用应力解除法监测开采过程中采动应力场与构造应力场叠加作用于底板时的显现规律，科学判断底板采动条件下底板破坏深度，基于局部充填技术解放了受底板承压水威胁的煤炭资源； 自主研发了重大灾害孕育过程相关信息的监测实验手段和方法。创新研制了采动应力演化试验系统，实现了对大尺度试件（150mm×150mm×500mm）非均布动态加载，可有效开展采动应力与煤（岩）体损伤破坏相关性研究；研发的采空区覆岩动态监测系列装备，可实时反演采空区覆岩动态，实现采空区稳定性预测。 项目研究成果通过科技部组织的技术验收，验收评价等级为优秀。 项目技术成果已在济宁、滕州、大同等矿区多个煤炭企业得到了推广应用。近三年，安全开采煤炭5.96Mt，同时实现了研发产品产业化，共创产值19.9亿元，创利润3.2亿元，取得显著的经济、社会效益。研究成果已获得国家授权发明专利13项，软件著作权2项，发表相关论文35篇（SCI收录15篇，EI20篇），出版学术专著2部，培育博士研究生8名，硕士研究生16名。研究成果丰富和发展了煤矿安全高效开采理论，有力地推动了中国煤矿安全生产的科技进步。