成分之间的耦合效应,建立耦合量化关系.
② 瓦斯燃烧,爆燃,爆轰各阶段的特征及转化条件.研究瓦斯爆炸与火灾行为相互转化机制,揭示燃烧,爆燃,爆轰各阶段的演化规律和动力学特征,建立相互转化的条件.
③ 巷道网络条件下瓦斯煤尘爆炸传播机制.研究巷道网络条件下(具有煤矿井下实际巷道尺度,壁面粗糙度,弯道和变坡,瓦斯分布特征的巷道网)瓦斯爆炸火焰和爆炸波的传播规律,瓦斯爆炸过程中热动力学特征,中间瞬态产物变化规律及其对爆炸传播的作用机理;研究瓦斯(煤尘)爆炸传播过程的尺度效应,建立尺度效应对爆炸传播参数影响的关系.为模拟分析煤矿井下瓦斯煤尘爆炸奠定基础.
二,预期目标
1. 总体目标
通过本项目的研究,对煤与瓦斯突出发生与致灾机理以及瓦斯煤尘爆炸发生,传播机制由定性描述逐步向定量描述转化,解决煤矿瓦斯灾害防治中的相关科学问题,建立有效预防煤矿瓦斯灾害事故的基础理论体系,为开发煤矿瓦斯灾害预防技术,建立煤矿瓦斯灾害有效预警预防机制,确保有效控制一次死亡10人以上特大瓦斯事故奠定基础.
2. 五年预期目标
五年的预期目标是:在矿区地质构造控制突出危险区分布的演化及预测探测理论,含瓦斯煤的物理力学定量化描述及本构关系,大空间快速推采条件下裂隙场演化及分布规律以及裂隙和采空冒落空间范围的瓦斯流动理论,煤与瓦斯突出演化机制及定量化描述机理,突出瓦斯煤流运动规律及动力效应理论,冲击地压发生条件及控制基础,瓦斯煤尘爆炸点火能量与环境条件和气固成分耦合关系,巷道网络受限空间条件下瓦斯爆炸火焰,压力和温度传播机制及试验设施尺度效应,采动和构造条件下声发射与电磁辐射,物理参数变化规律的前兆信息监测基础等方面取得突破,与已有研究成果一起初步形成预防瓦斯动力灾害的基础理论体系,并与已有科技攻关成果和"十一五"科技攻关项目配合,形成一套适合我国煤层条件下的有效预防瓦斯灾害技术,达到有效控制重大瓦斯灾害的目的.具体考核指标为:
(1)建立我国煤矿瓦斯地质区域分布及采动影响区瓦斯流动场理论,高瓦斯低渗透性煤层高效抽采瓦斯的基础理论,煤与瓦斯突出,瓦斯(煤尘)爆炸发生,致灾机理及控制理论;
(2)构建预防煤矿瓦斯动力灾害的基础理论体系,并在关键理论与技术基础方面实现重大突破,为建立我国煤矿瓦斯灾害预测与防治技术体系提供有效的理论支撑;
(3)过对原生状态,采动影响,采掘过程或地质构造影响的煤岩体电磁辐射,声发射,物性参数等特征,传播规律,滤噪理论,煤岩动力灾害前兆信息特征规律以及外加电磁波,弹性波信号在采掘空间周围全空间条件下煤岩体中的传播规律,衰减特征等的深入研究,推动电磁辐射,声发射预测煤与瓦斯突出技术达到实用化阶段,突出易发区探测精度提高50%.
(4)在国内外核心刊物上发表120篇以上高质量科学论文,出版学术著作6～9部,形成一支在国际上有影响的煤矿安全领域学术团队.
三,研究方案
1. 总体思路
本项目立足于中国煤矿采动诱发的瓦斯动力灾害复杂多变的特点,坚持前瞻性,强调基础性,突出创新性,体现代表性,坚持交叉性,依托互补性的原则,以煤炭开采过程中瓦斯运移及灾变的动力学机制为研究主线,以瓦斯致灾机理及预防基础为研究重点,研究"四个特性"(含瓦斯煤岩体物理力学特性,煤矿瓦斯地质区域动力学特性,点火能量与环境条件及气固成分特性,瓦斯煤尘爆炸热动力学特性),建立"三个动态演化机制"(采动裂隙场,煤岩瓦斯动力灾害,瓦斯(煤尘)爆炸),构建"三个动力效应理论"(瓦斯流动,煤岩瓦斯动力灾害和瓦斯煤尘爆炸动力效应理论),形成"一个预防瓦斯灾害基础理论体系"(煤矿瓦斯灾害预警及控制的基础理论体系).突破复杂地质,多变赋存条件和高强度大空间采矿方法条件下采动诱发的重大瓦斯灾害预防和控制的"四个"关键科学问题,奠定预防瓦斯灾害及抗灾能力建设评估基础,有效地带动本领域的技术创新.
2. 技术路线
(1)针对我国煤矿瓦斯灾害典型特征,利用关联的科技攻关项目,科技行动专项机遇和成果测定并收集有关现场资料,采集实验样品和气体成分.收集并补充测定小构造及其附近的构造煤,瓦斯赋存参数,物理力学参数,构造参数,突出危险性参数等;收集并补充测定现场含瓦斯煤岩体物理力学参数,瓦斯参数,相对应力参数,利用钻孔电视观测裂隙演化及分布规律;利用传感器和监测系统监测不同尺度采掘空间和采掘推进速度条件下的瓦斯参数,相对地应力参数,煤岩体变形和位移参数,声发射和电磁辐射参数等,利用束管系统测定裂隙场瓦斯流动规律,并采取相关样品作为模拟试验材料.
(2)建立和完善有关实验系统,开展实验研究工作.建立构造模拟,采场裂隙模拟,煤与瓦斯突出模拟,采动煤岩物理力学参数模拟,瓦斯流动模拟等实验室,完善瓦斯煤尘爆炸巷道和管网试验系统及快速温度,压力,高速摄影,纹影等测试系统,热动力学实验系统等.(3)采用地质构造动力学,岩体力学,流体动力学,气固两相运动学,爆炸动力学,工程热力学和物理化学等多学科交叉知识进行理论
