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发布者:宋丹丹发布时间:2022-09-20浏览次数:10

断层型冲击地压机理、监测预警与防治理论与技术体系

断层作为煤层采掘过程中普遍存在的一种地质构造,与采掘活动之间的相互作用是断层活化及其诱发冲击地压的关键,其造成破坏的规模往往大于其它类型冲击地压。当前,冲击地压灾害已成为制约我国煤炭安全高效生产的主要灾害,是我国煤炭深部开采不得不解决的重大挑战,党中央国务院高度重视煤矿冲击地压灾害监测、预警与源头防治,国家发改委牵头四部门联合发文强调以坚决遏制煤矿冲击地压重特大事故为目标,坚持问题导向、科学施策、源头管控;与此同时,断层活化可诱发与天然地震同等类型和破坏规模的有感地震,造成地面居民恐慌、井下停工停产,导致采矿安全问题演化为公共安全问题。

近期,我校冲击地压窦林名教授团队成员蔡武等在中国工程院院刊系列主刊《Engineering》(IF=12.834)在线发表了有关断层型冲击地压机理、监测预警与防治理论与技术体系方面的系统性研究成果:Fault-Induced Coal Burst Mechanism under Mining-Induced Static and Dynamic Stresses。其研究思路:通过调研总结煤层采掘活动与断层赋存状态之间的概念模型,提出了采动应力主导和矿震动载主导两种断层活化类型的力学机制及其动静载叠加诱冲机理;结合物理实验、数值模拟和现场微震监测结果验证了模型与机理的合理性;在此基础上,针对性地探讨了断层冲击地压监测与防治的方法和策略。研究结果表明,断层冲击地压是由断层煤柱高静载与断层活化动载叠加诱发,其中,断层煤柱高静载是断层与顶板结构双重作用导致,断层活化动载是由采动应力主导型局部解锁活化、等效劈裂破坏和矿震动载主导型超低摩擦效应组成。

该项研究成果在河南、陕西、甘肃、山东等矿区工作面成功应用。该理论技术体系对于系统理解断层冲击地压机理、监测与防治具有重要指导意义,同时对于断层区域储层改造、修建水电硐室、交通隧道等领域也具有积极意义,社会价值与经济效益显著。

此外,我校冲击地压研究团队针对矿震与冲击地压机理难题,创立了动静载叠加理论,提出了“应力-震动-能量”三场耦合监测原理;针对评价和预测难题,提出了综合指数法和多因素叠加法预测与评价技术;针对监测预警难题,提出了微震监测技术、应力场CT探测技术、冲击变形能监测预警技术和冲击风险多参量监测预警技术,建成了全球最大、最先进的冲击矿压风险智能判识与多参量远程监控大数据中心和监控平台,目前已与全国90余座冲击地压矿井(全国共138座)联网运行,推动了冲击地压灾害监测预警技术的转移、扩散和应用,实现了“矿井-矿业集团-远程预警中心”三级监测预警;针对防控问题,建立了强度弱化减冲原理,提出了钻孔高压射流卸压、顶板高压定向水力致裂等防冲技术。

目前,以上研究技术体系已在全国30多个矿区及澳大利亚、孟加拉等国家推广应用。研究成果编入了《煤矿安全规程》、《防治煤矿冲击地压细则》、《冲击地压测定、监测与防治方法》等规程规范和相关标准,多次被央视《东方时空》、《光明日报》、《科技日报》、《中国能源报》等媒体进行专题报道;出版相关著作《采矿地球物理学:矿山震动》等12部,发表论文200余篇。

新闻来源:煤炭资源与安全开采国家重点实验室 蔡武摄影:责任编辑:李居铭审核:刘尧

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