害防治中存在的主要问题,以煤层瓦斯运移动力学机制为研究主线,突出我国煤矿采动诱发的重大瓦斯事故机理为研究重点,来构建煤矿安全生产的理论体系,研究含瓦斯煤岩体物理力学特性和煤矿瓦斯地质区域动力特性,开展煤矿瓦斯动力灾害和瓦斯(煤尘)爆炸两项重大事故机理研究,形成煤矿重大瓦斯动力灾害预警及控制技术基础.
通过应用基础理论,数值模拟和实验研究,得出煤矿重大瓦斯动力灾害预警及控制技术基础,然后进行试验验证并对研究成果进行验证与修正,指导实践.项目研究思路清晰,技术路线可操作性强.
项目采用现代高新技术的原理和实验手段,以及多学科交叉的集成攻关来进行煤矿重大动力灾害防治的应用基础研究,并以国家科技攻关,科技行动专项为依托,较传统理论与技术研究方法有突破,具有可行性.
4. 创新点与特色
本项目与国内外以往研究相比,具有鲜明的特点,具体表现在:
(1)研究对象的特色:针对目前世界上最复杂多变煤层及瓦斯赋存条件的我国煤矿生产条件研究构造控制瓦斯和构造煤的分布,并利用高分辨三维地震勘探办法研究对构造煤和瓦斯富集区的波形特征;针对世界上大空间快速推进的我国特有开采方式(大采高,放顶煤开采),研究煤岩变形,破坏特征及裂隙演化机制;针对世界上煤与瓦斯突出和瓦斯煤尘爆炸最严重的我国煤矿特点研究灾害演变规律和灾变效应;这些研究成果全部具有自主知识产权;
(2)研究内容的特色:在国内外组织一支优秀科技队伍专门研究预防煤矿瓦斯灾害基础是第一次,研究内容由定性向定量化转化,包含的广度和深度也是第一次;
(3)研究手段和关联行动的特色:集中各相关研究单位的设施优势共同研究预防瓦斯灾害的基础,而且这些单位大部分是本领域国家科技攻关项目以及科技部"煤矿安全生产科技行动专项"的执行单位,基础研究与技术研究同步.
本项目的创新点:
(1)研究思路的创新.针对我国煤层复杂的地质构造,多变的瓦斯赋存特点,高强度大空间的开采方法诱发的煤岩瓦斯动力灾害和瓦斯煤尘爆炸,开展两类重大灾害的演化规律,致灾机理以及预测预防基础研究,提出了"研究四个特性-建立三个演化机制-构建三个效应理论-形成一个理论体系-突破四个关键科学问题-奠定预防瓦斯灾害及抗灾能力建设评估基础的学术思路,在煤矿重大瓦斯灾害研究中将宏观动力学机制与微观动力学机制的分析融为一体,为以知识创新带动技术创新奠定了重要基础.
(2)实验手段的创新:采用具有国际先进水平的物理,化学多参数测试实验仪器进行实验室与现场测定,利用多种物理场实验模拟系统以及具有实际规模巷道和管道网络特性的瓦斯煤尘爆炸实验模拟系统,研究含瓦斯煤体物理力学特性,煤岩瓦斯动力灾害,瓦斯(煤尘)爆炸机理及传播规律等基础理论问题,实现特定灾害事故现象(煤与瓦斯突出,瓦斯爆炸)的实验室再现和实验现象的动态测试与实时数据采集.
(3)研究成果创新:① 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;② 含瓦斯煤的物理力学定量化描述及本构关系;③ 大空间快速推采条件下裂隙场演化及分布规律以及瓦斯流动理论;④ 煤与瓦斯突出演化机制及定量化描述机理;⑤ 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;⑥ 点火能量与环境条件和气固成分耦合关系;⑦ 巷道网络受限空间条件下瓦斯爆炸火焰和压力温度传播机制及试验设施尺度效应;⑧ 采动和构造条件下声发射与电磁辐射,物理参数的变化规律.
5. 课题设置
(1)课题设置的基本思路
根据项目的研究思路和总体目标,本着突出重点,强调有机联系的原则,围绕拟解决的关键科学问题,按照已确定的研究内容,充分考虑学科,研究方法和途径等方面的区别与内在联系以及项目总体的系统性和课题分解,成果的相对独立性进行课题设置,共设置为6个课题开展研究.
各课题之间及课题与关键科学问题,学术思想,课题设置及项目总目标之间的关系如图所示.
地质构造控制构造煤,瓦斯和突出危险区的演化和作用机制,探测构造煤,瓦斯富集区的基础等内容是"煤矿瓦斯地质区域动力学特性"的研究内容,对应"煤矿瓦斯灾害的地质构造作用机理"的科学问题,设立课题一:煤矿瓦斯灾害的地质构造作用机理;
瓦斯对煤岩体的损伤,渗透特性的影响及含瓦斯煤岩本构关系,失稳条件等内容是"含瓦斯煤岩体物理力学特性"的研究内容,对应 "采动裂隙场时空演化与瓦斯流动场耦合效应,煤岩瓦斯动力灾害演化机制及地球物理响应规律"的科学问题,是这两个科学问题的共性基础,为此设立课题二:含瓦斯
