預(yù)防煤礦瓦斯動(dòng)力災(zāi)害的基礎(chǔ)研究首席科學(xué)家: 胡千庭 煤炭科學(xué)研究總院重慶分院起止年限:2005.12至2010.11依托部門:煤炭科學(xué)研究總院一,研究?jī)?nèi)容我國煤層賦存條件復(fù)雜多變,重大瓦斯動(dòng)力災(zāi)害(瓦斯煤塵爆炸,煤與瓦斯突出等)事故時(shí)有發(fā)生.特別是近十多年來,開采深度的加大使得生產(chǎn)條件更趨復(fù)雜,安全保障能力已經(jīng)成為影響集約化開采技術(shù)推廣的關(guān)鍵,原有安全技術(shù)及理論基礎(chǔ)已難以適應(yīng)當(dāng)前煤礦安全高效生產(chǎn)的迫切需求,導(dǎo)致煤礦企業(yè)重特大事故居高不下.當(dāng)前,制約我國煤礦瓦斯動(dòng)力災(zāi)害防治技術(shù)進(jìn)步的關(guān)鍵科學(xué)問題有:(1)煤礦瓦斯災(zāi)害的地質(zhì)構(gòu)造作用機(jī)理包括礦區(qū),礦井多尺度構(gòu)造和地應(yīng)力場(chǎng),流體運(yùn)動(dòng)場(chǎng)耦合條件下的瓦斯地質(zhì)構(gòu)造特征,瓦斯災(zāi)害危險(xiǎn)區(qū)域分布的構(gòu)造控制作用,是煤礦瓦斯動(dòng)力災(zāi)害預(yù)防的地質(zhì)理論基礎(chǔ).(2)采動(dòng)裂隙場(chǎng)時(shí)空演化與瓦斯流動(dòng)場(chǎng)耦合效應(yīng)包括采動(dòng)應(yīng)力場(chǎng)及煤巖體裂隙動(dòng)態(tài)時(shí)空演化及分布規(guī)律,采動(dòng)過程中煤層瓦斯解吸及滲流規(guī)律,采動(dòng)裂隙場(chǎng)與瓦斯流動(dòng)場(chǎng)耦合作用規(guī)律,是預(yù)測(cè)采動(dòng)影響條件下的瓦斯流動(dòng)和高效抽采瓦斯的理論基礎(chǔ).(3)煤礦瓦斯動(dòng)力災(zāi)害演化機(jī)制及地球物理響應(yīng)包括含瓦斯煤巖的物理力學(xué)特性及本構(gòu)關(guān)系,煤礦井下采動(dòng)及鉆孔過程中地應(yīng)力,瓦斯與煤巖體之間相互耦合的煤巖動(dòng)力災(zāi)害演化機(jī)制,采動(dòng)影響下煤巖體的地球物理響應(yīng),建立基于多場(chǎng)耦合的煤巖瓦斯動(dòng)力災(zāi)害多信息融合判識(shí)模型,是煤巖瓦斯動(dòng)力災(zāi)害監(jiān)測(cè)預(yù)警及預(yù)防的理論基礎(chǔ).(4)瓦斯煤塵爆炸動(dòng)力學(xué)演化機(jī)制包括巷道網(wǎng)絡(luò)空間瓦斯與多種礦井氣體成分共存,煤塵參與條件下的爆炸動(dòng)力學(xué)和化學(xué)演化特性,傳播規(guī)律及控制技術(shù)基礎(chǔ),是開發(fā)預(yù)防控制瓦斯煤塵爆炸新技術(shù)的基礎(chǔ).基于我國煤炭安全開采過程中所面臨的上述重大基礎(chǔ)理論問題,本項(xiàng)目擬以煤炭開采過程中瓦斯運(yùn)移及災(zāi)變的動(dòng)力學(xué)機(jī)制為研究主線,以瓦斯災(zāi)害機(jī)理及預(yù)防基礎(chǔ)為研究重點(diǎn),開展以下研究:(1)煤礦瓦斯災(zāi)害的地質(zhì)構(gòu)造作用機(jī)理①構(gòu)造控制瓦斯分布的作用機(jī)理及規(guī)律.研究典型地質(zhì)構(gòu)造條件下以及多種構(gòu)造耦合條件下煤層動(dòng)力學(xué)原理與煤層瓦斯富集規(guī)律,煤層瓦斯富集過程中的吸附-解吸-擴(kuò)散-滲流的動(dòng)態(tài)演化過程.②構(gòu)造煤的成因和分布規(guī)律.研究不同應(yīng)力-應(yīng)變環(huán)境下,不同類型構(gòu)造煤的形成機(jī)制及其與構(gòu)造的耦合機(jī)理,系統(tǒng)分析不同類型構(gòu)造煤的區(qū)域和層域分布規(guī)律,揭示構(gòu)造動(dòng)力學(xué)控制構(gòu)造煤分布和構(gòu)造煤結(jié)構(gòu)的內(nèi)在機(jī)理,確定我國主要煤層構(gòu)造煤形成的構(gòu)造環(huán)境條件及其主要控制因素,建立構(gòu)造煤發(fā)育與瓦斯突出的地質(zhì)構(gòu)造控制理論.③構(gòu)造對(duì)煤與瓦斯突出等動(dòng)力災(zāi)害危險(xiǎn)區(qū)域的控制作用.研究構(gòu)造煤的"宏觀-微觀"多尺度裂隙和孔隙系統(tǒng)特征及其與構(gòu)造演化過程與程度的關(guān)系,研究復(fù)雜環(huán)境條件下含瓦斯構(gòu)造煤的吸附-解吸動(dòng)力學(xué)過程及其與瓦斯突出災(zāi)害的關(guān)系,提出煤與瓦斯突出構(gòu)造控制作用機(jī)理與規(guī)律,建立煤礦煤與瓦斯突出危險(xiǎn)區(qū)域分布的瓦斯地質(zhì)理論與方法.④含瓦斯煤巖體的三維地震波響應(yīng)特征.研究含有不同瓦斯量,不同構(gòu)造和構(gòu)造煤的三維地震波吸收,反射和傳播特征,三維地震波的濾波以及三維三分量辨識(shí),建立構(gòu)造煤和瓦斯富集區(qū)以及煤與瓦斯突出危險(xiǎn)區(qū)辨識(shí)的三維地震探測(cè)方法.(2)采動(dòng)裂隙場(chǎng)時(shí)空演化與瓦斯流動(dòng)場(chǎng)耦合效應(yīng)① 采動(dòng)條件下裂隙場(chǎng)形成機(jī)制及分布特征.研究采動(dòng)條件下煤巖層的垮落與破壞機(jī)制及煤巖體裂隙時(shí)空演化與分布規(guī)律,建立煤巖層垮落,裂隙,變形與相關(guān)參數(shù)的關(guān)系,闡明裂隙發(fā)育與分布特征.② 采動(dòng)裂隙場(chǎng)條件下的瓦斯流動(dòng)規(guī)律.研究采動(dòng)裂隙場(chǎng)對(duì)瓦斯流動(dòng)的作用機(jī)制,瓦斯在采動(dòng)煤巖體裂隙場(chǎng)中的流動(dòng)規(guī)律,得出瓦斯流動(dòng)與煤巖體裂隙耦合的時(shí)空演化及分布規(guī)律,建立采動(dòng)煤巖體裂隙中瓦斯流動(dòng)理論與數(shù)值計(jì)算方法.③采空冒落區(qū)瓦斯運(yùn)移規(guī)律.研究采空冒落區(qū)空間瓦斯流動(dòng)的特點(diǎn)及規(guī)律,采煤工作面邊界條件對(duì)采空冒落區(qū)內(nèi)瓦斯流動(dòng)的作用,采空冒落區(qū)不同部位外加流動(dòng)場(chǎng)條件下的瓦斯流動(dòng)規(guī)律.(3)煤礦瓦斯動(dòng)力災(zāi)害演化機(jī)制及地球物理響應(yīng)規(guī)律①含瓦斯煤體物理力學(xué)特性及本構(gòu)關(guān)系.研究含瓦斯煤巖體的損傷作用機(jī)理,含瓦斯煤巖體滲透特性的應(yīng)力響應(yīng)規(guī)律,瓦斯對(duì)煤巖流變-突變規(guī)律及其本構(gòu)關(guān)系,含瓦斯煤體峰后滲透性及失穩(wěn)破壞條件,建立含瓦斯煤體動(dòng)力學(xué)失穩(wěn)判據(jù);研究含瓦斯煤巖力學(xué)特性的尺度效應(yīng),外加物理場(chǎng)對(duì)含瓦斯煤體吸附,解吸特性的作用機(jī)制.② 煤巖瓦斯動(dòng)力災(zāi)害的動(dòng)力學(xué)演化機(jī)理.研究煤與瓦斯突出機(jī)理及其發(fā)生發(fā)展過程中各參數(shù)之間的相互關(guān)系,瓦斯,煤體,應(yīng)力之間的耦合作用,煤與瓦斯突出煤巖與瓦斯流在采掘空間的運(yùn)動(dòng)規(guī)律,動(dòng)力效應(yīng)及其向瓦斯煤塵爆炸等災(zāi)害的轉(zhuǎn)化條件; 研究采動(dòng)影響下沖擊地壓形成的條件,機(jī)制及影響因素.③ 煤巖動(dòng)力災(zāi)害演化過程的地球物理響應(yīng)規(guī)律.研究并揭示煤巖破裂過程及煤巖動(dòng)力災(zāi)害過程的地球物理場(chǎng)(電磁輻射,聲發(fā)射,煤巖物理參數(shù)等)響應(yīng)特征,規(guī)律及機(jī)理,建立煤巖破裂前兆信息的數(shù)學(xué)物理模型以及煤巖瓦斯動(dòng)力災(zāi)害多信息辨識(shí)準(zhǔn)則,為實(shí)現(xiàn)煤巖動(dòng)力災(zāi)害監(jiān)測(cè)及預(yù)警奠定理論基礎(chǔ): (4)瓦斯煤塵爆炸動(dòng)力學(xué)演化機(jī)制① 瓦斯煤塵爆炸條件參數(shù)的耦合量化關(guān)系.研究點(diǎn)火能量與環(huán)境條件(壓力,溫度,風(fēng)流等),氣體和氣固
                

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