深部煤岩采掘扰动诱发能量场展布异化致灾基础研究

In the process of deep coal resource exploitation and engineering construction, mining disturbance causes the stress changes in coal and rock, and promotes energy concentration-conduction-release in local system, which induces coal and rock failure and the happen of dynamic disaster. Because of the diversity and complexity of the material, structure and existence of coal and rock, the law of dynamic disaster caused by alienation distribution of energy field is not clear. The project uses acoustic emission and thermal emission testing device, by the help of catastrophe theory and numerical model validation and so on methods, analyses the energy field evolution law of coal rock specimen during loading failure, reveals the evolution law of energy field and mechanism of alienation distribution to cause disaster induced by coal and rock mining disturbance, and obtains the dynamic response characteristics of time-space distribution path and transmission efficiency of energy field under artificial in situ modification. The dominant time-space distribution path and conduction efficiency of energy field after in situ modification are given, also accurately descriping the time-space-strength premonitory characterization of energy field catastrophe. The goal is to obtaine the quantitative expression equation of critical range of energy field catastrophe and build the delimiting method of danger zone consideration of multiple factors, the advantage strategy and parameter orientation of energy field dynamic and benign distribution regulation are analysed and controlled, which will realize the dynamic and benign regulation of alienation distribution of energy field based on the medium in situ modification.

深部煤炭资源开采与工程建设中，采掘扰动引发煤岩体内应力变化、促使局域系统内能量集中-传导-释放，诱发煤岩破坏发生动力灾害。由于煤岩物质性、结构性、赋存性的多样与复杂，导致能量场展布异化致灾规律不清。本项目利用声发射、热红外等测试装置，借助突变理论、数值模型验证等手段，分析煤岩试件在加载破坏历程中的能量场演化规律，采用物理相似的方法研究揭示煤岩体采掘扰动诱发能量场演化规律及其展布异化致灾机制，获得能量场展布时空路径和传导效率在人工原位改性下的动态响应特征，给出原位改性后的能量场时空展布优势路径与传导效率，精准刻画能量场灾变的时间、空间、强度前兆特征。获得考虑多因素的能量场展布异化致灾临界范围定量表达方程，建立危险区划定方法。分析得出能量场动态良性展布调控的优势策略与参数导向，实现基于传导介质原位改性的能量场展布异化动态良性调控。

深部煤炭资源开采与工程建设中，采掘扰动引发煤岩体内应力变化、促使局域系统内能量集中-传导-释放，诱发煤岩破坏发生动力灾害。由于煤岩物质性、结构性、赋存性的多样与复杂，导致能量场展布异化致灾规律不清。本项目针对深部煤岩动力灾害，研究煤岩体采掘扰动诱发能量场演化规律及其展布异化致灾机制，分析能量场展布时空路径和传导效率在人工原位改性下的动态响应特征，给出原位改性后的能量场时空展布优势路径与传导效率，得出能量场动态良性展布调控的优势策略与参数导向。项目揭示了煤岩体采掘扰动诱发能量场演化规律及其展布异化致灾机制，获得了能量场演化规律与传导介质间的耦合作用效应，实现了基于能量传导介质原位改性的能量场展布异化动态良性调控。依托急倾斜煤岩体动力灾害工程背景，利用数值模拟与物理模拟完成了能量场展布异化动态良性调控的模拟，开展了原位改性后能量场展布异化程度与能量场传导效率的实时评估，给出对应的能量场展布良性调控优势策略与具体参数，在煤岩动力灾害调控中开展了工程实践的验证，在乌东、宽沟等煤矿成功转化应用，有力的控制了动力灾害发生的频度与规模，实现了矿井的安全高效开采，取得了良好的效果，为类似煤层安全开采提供了科学有效的依据。发表(录用)与本项目研究相关的学术论文24篇（均标注基金号、第一作者21篇），其中SCI/EI源刊21篇；出版学术专著1部（排名第一）；授权发明专利5项、实用新型专利1项（均排名第一）。项目负责人与团队成员获得省级一等奖3项、二等奖1项。项目研究期间，项目负责人崔峰晋升为教授、博士生导师，入选陕西省青年科技新星，获聘为第四届煤炭工业技术委员会动力灾害预警与防治专家委员会委员、中国矿业大学学报/西安科技大学学报青年编委等。培养硕士研究生5名。项目组成员参加了10多次国际、国内学术交流活动，累计达20多人次。