深部冲击-突出双危工作面含瓦斯煤层灾变力学机制与灾害防治技术原理

Mining in deep high stress environment, the coal and gas outburst has increased a new dominant factor. The coal and gas dynamic disasters can occur in low index-coal seam, under the action of the formation process of the rock burst and the occurrence time. The traditional mechanism of coal and gas outburst are exceeded, hazard prediction and control effect failure. It has attracted the attention of the academia and the government. To understand of the coal seams cataclysm mechanism in deep working face of rockburst-coal and gas outburst, explore the disaster prevention technology principle, the outburst mine of four different rock burst hazard degree are used the experimental research base. we carry out scientific exploration work by means of technical means and research tools of high precision micro seismic observation and analysis system, gas monitoring and detection system, coal drilling chip test, physical and mechanical testing device for coal and gas solid-flow coupling, coal and gas solid flow coupling numerical test software, etc., through the technical way of domestic and foreign advanced theory and technology research, theoretical analysis, empirical research, field test, laboratory test, numerical test, etc. Our objective is to provide basic theory and application basis for the new gas disaster treatment of deep mining.

深部高应力环境开采，发生煤与瓦斯突出增加了新的主导因素，在冲击地压形成过程和发生时的作用下，达到传统消突指标含瓦斯煤层可以发生“低指标”煤与瓦斯动力灾害，超出传统煤与瓦斯突出机理的认识，危险性预测和防治效果失效，已引起学术界和国家层面监管部门的重视。为深刻认识冲击-突出双危工作面含瓦斯煤层灾变力学机制，从而进一步探索灾害防治技术原理，以四个不同冲击地压危险程度的突出矿井为试验研究基地，采用高精度微地震观测和分析系统、瓦斯监测和检测系统、煤体钻屑检测测试、煤与瓦斯固流耦合物理力学试验装置、煤与瓦斯固流耦合数值试验软件等技术手段和研究工具，通过国内外前沿理论与技术调研、理论分析、实证研究、现场试验、实验室试验、数值试验等技术途径开展科学探索工作，为治理深部开采的新型瓦斯灾害提供基础理论与应用基础。

本项目聚焦于深部煤矿冲击地压和煤与瓦斯突出双重危险工作面动力灾害机理及防治技术问题，以抚顺矿业集团老虎台矿、平顶山天安股份有限公司十矿、义煤集团新义矿和淮北矿业集团海孜矿为试验研究基地，采用高精度微地震观测和分析系统、瓦斯监测和检测系统、煤体钻屑检测测试、煤与瓦斯固流耦合物理力学试验装置、煤与瓦斯固流耦合数值试验软件等技术手段和研究工具，通过国内外前沿理论与技术调研、现场调研、实证研究、现场试验、实验室物理试验、数值试验、理论分析、工程应用等技术途径开展科学探索。. 挖掘整理出一批宝贵的冲击地压与煤与瓦斯突出相关性的关键科学数据和典型案例；研究得出，煤与瓦斯突出软煤层工作面发生冲击地压的力学机制为顶板冲击、底板冲击、储气构造爆裂冲击、软煤应变强度硬化冲击；从冲击地压作用下含瓦斯煤层灾变的条件、冲击地压作用下含瓦斯煤岩破裂灾变的路径、冲击地压作用下含瓦斯煤岩流固耦合破裂模式、冲击地压作用下含瓦斯煤层灾变的类型四个方面，研究论证了冲击-突出双危工作面含瓦斯煤层灾变的力学机制；研究提出了冲击-突出双危煤层区域危险性预测技术原理，多源信息局部危险性预测方法、敏感指标和危险阈值，应力诱导型煤与瓦斯突出预警的重要信号；研究提出了“采掘设计先行，阻断或削弱发生冲击地压的条件，强化局部防突措施，动态合理控制开采速度和局部危险性预测与防治效果检验”的灾害防治技术原理和应用技术，在平顶山天安股份有限公司成果应用，取得了良好的安全效果，实现了难采煤层的安全开采，经中国煤炭工业协会鉴定，研究成果达到国际先进水平。该项研究成果正在义煤新义矿推广应用。项目执行期间，发表共发表学术论文12篇，其中SCI收录2篇、EI收录6篇；培养与本项目研究内容相关的安全科学与工程专业研究生21名。按期完成了全部计划任务，经费执行率83.1%，全面达到了预期目标。