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科研动态

急倾斜特厚煤层安全高效开采关键技术开发与应用

发布日期:2019-05-20 点击量:

随着逐步转向深部开采,急倾斜煤层综放工作面及巷道系统稳定性控制问题日益突出,急倾斜特厚煤层冒放性差、倾角大、应力复杂、破碎煤岩易致诱动力破坏与灾害严重制约了矿井的安全生产,巷道瞬间发生底鼓、帮鼓等现象,急倾斜煤层综放工作面及巷道系统稳定性控制问题日益严重。随着急倾斜特厚煤层深部联合开采开拓模式深入推进和年产1000万吨急倾斜特厚煤层矿井的建设,综放工作面围岩动力灾害频发,解决急倾斜特厚煤层现场动力灾害防治具有必要性和现实性。
本项目系统研究了工程尺度采动卸压条件下煤岩体的破坏机理,揭示急倾斜特厚煤层深部综放开采期间煤岩动力失稳致灾规律,揭示了急倾斜特厚煤层深部煤岩体结构畸变致灾机制,形成了急倾斜煤层深部煤岩层变形致灾综合预测预报技术,制订适合乌鲁木齐矿区急倾斜煤层深部动压危险预警与管理制度,开发了急倾斜煤层深部煤岩动力灾害动态调控工艺方法,实现了安全开采。
1)揭示了急倾斜特厚煤层深部煤岩体结构畸变致灾机制。
急倾斜深部煤岩体结构畸变致灾机制研究是实现灾害防治的前提。通过建立适合于急倾斜特厚煤层综放开采强 卸荷特点的理论分析、室内实验、现场试验监测和综合指标聚类辨识等,建立了基于能量传递与改变的急倾斜深部煤岩多场耦合模型及结构稳定性分析方法。
2)研发了急倾斜煤层深部煤岩体变形致灾综合预测预报技术。
基于变形、应力、声发射、微震、地质雷达等多元监测信息的时空关系聚类与失稳模式辨识,为急倾斜深部煤岩结构参数确定、力学模型构建、结构与应力畸变致灾预报提供定量方法,为基于能量改变与转移原理的动力灾害调控奠定科学基础。基于能量传递改变原理,从应力调整→转移、能量聚集→传递→释放角度出发,提出并研发了综合预测预报技术,应用效果显著,体现了科学性、先进性、实用性和适用性。
3)形成了适合急倾斜特厚煤层群深部动力灾害调控工艺方法。
综合运用工程地质学、地球物理勘探、岩石力学、采矿工程、系统科学和安全工程等多学科理论,采用室内实验、现场实验和监测、物理模拟、理论分析和数值模拟等多种方法,开展系统的理论和方法研究。在深刻认识地质基础(急倾斜深部煤岩体结构与应力协同 控制和转化的机制)、应力环境(强烈构造活动区应力特征及工程扰动规律)、共性问题(深部强卸荷下急倾斜煤岩体力学行为、局部化破裂及其时间效应)、典型工程灾害(复合冲击地压、大面积片帮和大体积冒顶)的孕育演化与致灾机理基础上,建立急倾斜煤层深部综放开采动力学灾害预报和动态调控工艺方法,在神新公司典型的急倾斜特厚煤层深部综放开采工程中得到了检验和完善,形成了系列化实用理论和技术,对急倾斜特厚煤层开采矿井动力灾害的防治发挥科学的指导作用。
项目成果在急倾斜特厚煤层群综放围岩动力灾害控制的研究方面取得了系统性和开创性的突破,在International Journal of Mineral, Metallurgy and Material、Rock Mechanics and Rock Engineering、Shock and Vibration、岩石力学与工程学报、煤炭学报等国内外著名学术期刊发表代表性论文19篇(SCI收录4篇、EI收录15篇、核心4篇);申获发明专利3项、实用新型专利6项,软件著作权1项;出版学术专著1部;解决了全行业的一个重大技术难题,为提升我国煤炭开采的技术水平做出了贡献;研究成果具有很强的市场竞争力和极大推广应用价值,对于保障生产安全、改善少数民族地区和谐稳定与环境安全均具有重大意义。