科技成果

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成果名称: 西部矿山动力多源动力学灾害发生演化机制与防控基础研究

成果登记号: 9612018J0065

第一完成单位: 西安科技大学

联 系 人: 来兴平

成果类型: 基础理论

成果体现形式 : 研究报告

技术领域: 环境保护与资源综合利用

应用行业: 采矿业

成果简介:

本成果属于矿山工程技术基础科学及应用领域。动力学灾害防控是制约科学采矿的重大科学难题之一。西部煤炭资源环境赋存复杂,高应力、特厚和坚硬煤岩等条件独特,频发动力学灾害造成重大损失,制约矿山稳定与经济发展。聚焦西部复杂特厚煤岩体力学行为,构建灾害链孕育演化时空预测模型,建立动态调控方法对灾害防控与科学采矿具有科学和现实必要性。本项目以陕西及西部矿山多源动力学灾害预测与防控为目标,基于复杂煤岩体声-震-波-力-变形等多元物理信息监测辨识,揭示煤岩体结构与强度损伤演化特性;通过大型三维物理模拟、数值计算和工艺技术调控,揭示高应力-强卸荷-结构控制型灾害链发生演化致灾机制;形成动力学灾害时空预测与动态防控理论,促进科学采矿和区域经济发展。

重点研究基于数字图像技术和声发射的煤岩强度损伤特性,揭示煤岩体结构损伤时效特征,利用地球物理超前探测、三维激光扫描技术,开展现场和物理模拟原型实验和正反演理论研究,建立了基于地质雷达和钻孔数据的三维地层建模,实现现场开采扰动区煤岩结构“立体”探测,为复杂煤岩巷道与采空区围岩变形破坏分析奠定基础。

重点研究高应力强卸荷变形畸变与链式致灾机制,建立动力载荷时域和频域转换函数关系,从煤岩表面变形和煤体深层内部结构损伤两方面揭示煤岩结构应力动力学畸变的发生发展过程,研究受孔隙压力作用下煤岩结构破坏时气-液-固多介质互驱作用的数学物理模型,揭示不同破碎结构的力学行为、移动特性和渗透特性等。

研究高应力强卸荷作用诱发动力灾害的时滞性特征与动力学演化过程和内在规律,采用人工智能和数值模拟方法,对基于强度畸变损伤模型的煤岩巷道加固方案进行优化设计与实时动态调整,研究以爆破为主和多介质立体充填的动力学灾害调控技术,实现高应力煤岩体储能向强矿压致裂煤体动能转化的动力学灾害良性调控。

项目成果在西部矿山多源动力学灾害预测与防控的研究方面取得了系统性和开创性的突破,在Rock Mechanics and Rock Engineering、Shock and Vibration、岩石力学与工程学报、煤炭学报等国内外著名学术期刊发表代表性论文19篇(SCI收录4篇、EI收录15篇、核心4篇);申获发明专利3项、实用新型专利6项,软件著作权1项;出版学术专著1部;解决了全行业的一个重大技术难题,为提升我国煤炭开采的技术水平做出了贡献;研究成果具有很强的市场竞争力和极大推广应用价值,对于促进科学采矿和区域经济发展具有重大意义。