預防煤礦瓦斯動力災害的基礎研究首席科學家: 胡千庭 煤炭科學研究總院重慶分院起止年限:2005.12至2010.11依托部門:煤炭科學研究總院一,研究內(nèi)容我國煤層賦存條件復雜多變,重大瓦斯動力災害(瓦斯煤塵爆炸,煤與瓦斯突出等)事故時有發(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)推廣的關鍵,原有安全技術(shù)及理論基礎已難以適應當前煤礦安全高效生產(chǎn)的迫切需求,導致煤礦企業(yè)重特大事故居高不下.當前,制約我國煤礦瓦斯動力災害防治技術(shù)進步的關鍵科學問題有:(1)煤礦瓦斯災害的地質(zhì)構(gòu)造作用機理包括礦區(qū),礦井多尺度構(gòu)造和地應力場,流體運動場耦合條件下的瓦斯地質(zhì)構(gòu)造特征,瓦斯災害危險區(qū)域分布的構(gòu)造控制作用,是煤礦瓦斯動力災害預防的地質(zhì)理論基礎.(2)采動裂隙場時空演化與瓦斯流動場耦合效應包括采動應力場及煤巖體裂隙動態(tài)時空演化及分布規(guī)律,采動過程中煤層瓦斯解吸及滲流規(guī)律,采動裂隙場與瓦斯流動場耦合作用規(guī)律,是預測采動影響條件下的瓦斯流動和高效抽采瓦斯的理論基礎.(3)煤礦瓦斯動力災害演化機制及地球物理響應包括含瓦斯煤巖的物理力學特性及本構(gòu)關系,煤礦井下采動及鉆孔過程中地應力,瓦斯與煤巖體之間相互耦合的煤巖動力災害演化機制,采動影響下煤巖體的地球物理響應,建立基于多場耦合的煤巖瓦斯動力災害多信息融合判識模型,是煤巖瓦斯動力災害監(jiān)測預警及預防的理論基礎.(4)瓦斯煤塵爆炸動力學演化機制包括巷道網(wǎng)絡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力學和化學演化特性,傳播規(guī)律及控制技術(shù)基礎,是開發(fā)預防控制瓦斯煤塵爆炸新技術(shù)的基礎.基于我國煤炭安全開采過程中所面臨的上述重大基礎理論問題,本項目擬以煤炭開采過程中瓦斯運移及災變的動力學機制為研究主線,以瓦斯災害機理及預防基礎為研究重點,開展以下研究:(1)煤礦瓦斯災害的地質(zhì)構(gòu)造作用機理①構(gòu)造控制瓦斯分布的作用機理及規(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力學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-擴散-滲流的動態(tài)演化過程.②構(gòu)造煤的成因和分布規(guī)律.研究不同應力-應變環(huán)境下,不同類型構(gòu)造煤的形成機制及其與構(gòu)造的耦合機理,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)造動力學控制構(gòu)造煤分布和構(gòu)造煤結(jié)構(gòu)的內(nèi)在機理,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)造對煤與瓦斯突出等動力災害危險區(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系,研究復雜環(huán)境條件下含瓦斯構(gòu)造煤的吸附-解吸動力學過程及其與瓦斯突出災害的關系,提出煤與瓦斯突出構(gòu)造控制作用機理與規(guī)律,建立煤礦煤與瓦斯突出危險區(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,建立構(gòu)造煤和瓦斯富集區(qū)以及煤與瓦斯突出危險區(qū)辨識的三維地震探測方法.(2)采動裂隙場時空演化與瓦斯流動場耦合效應① 采動條件下裂隙場形成機制及分布特征.研究采動條件下煤巖層的垮落與破壞機制及煤巖體裂隙時空演化與分布規(guī)律,建立煤巖層垮落,裂隙,變形與相關參數(shù)的關系,闡明裂隙發(fā)育與分布特征.② 采動裂隙場條件下的瓦斯流動規(guī)律.研究采動裂隙場對瓦斯流動的作用機制,瓦斯在采動煤巖體裂隙場中的流動規(guī)律,得出瓦斯流動與煤巖體裂隙耦合的時空演化及分布規(guī)律,建立采動煤巖體裂隙中瓦斯流動理論與數(shù)值計算方法.③采空冒落區(qū)瓦斯運移規(guī)律.研究采空冒落區(qū)空間瓦斯流動的特點及規(guī)律,采煤工作面邊界條件對采空冒落區(qū)內(nèi)瓦斯流動的作用,采空冒落區(qū)不同部位外加流動場條件下的瓦斯流動規(guī)律.(3)煤礦瓦斯動力災害演化機制及地球物理響應規(guī)律①含瓦斯煤體物理力學特性及本構(gòu)關系.研究含瓦斯煤巖體的損傷作用機理,含瓦斯煤巖體滲透特性的應力響應規(guī)律,瓦斯對煤巖流變-突變規(guī)律及其本構(gòu)關系,含瓦斯煤體峰后滲透性及失穩(wěn)破壞條件,建立含瓦斯煤體動力學失穩(wěn)判據(jù);研究含瓦斯煤巖力學特性的尺度效應,外加物理場對含瓦斯煤體吸附,解吸特性的作用機制.② 煤巖瓦斯動力災害的動力學演化機理.研究煤與瓦斯突出機理及其發(fā)生發(fā)展過程中各參數(shù)之間的相互關系,瓦斯,煤體,應力之間的耦合作用,煤與瓦斯突出煤巖與瓦斯流在采掘空間的運動規(guī)律,動力效應及其向瓦斯煤塵爆炸等災害的轉(zhuǎn)化條件; 研究采動影響下沖擊地壓形成的條件,機制及影響因素.③ 煤巖動力災害演化過程的地球物理響應規(guī)律.研究并揭示煤巖破裂過程及煤巖動力災害過程的地球物理場(電磁輻射,聲發(fā)射,煤巖物理參數(shù)等)響應特征,規(guī)律及機理,建立煤巖破裂前兆信息的數(shù)學物理模型以及煤巖瓦斯動力災害多信息辨識準則,為實現(xiàn)煤巖動力災害監(jiān)測及預警奠定理論基礎: (4)瓦斯煤塵爆炸動力學演化機制① 瓦斯煤塵爆炸條件參數(shù)的耦合量化關系.研究點火能量與環(huán)境條件(壓力,溫度,風流等),氣體和氣固
                

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