2011 年项目第二季度工作总结 2011 年第二季度,973 项目煤炭深部开采中的动力灾害机理与防治基础研究各课题组继续围绕年度研究内容和目标, 积极开展工作截止 6 月 28 日, 项目取得了如下的研究进展 : 1 冲击地压发生前后煤岩微孔隙结构量化研究利用压汞法和同步辐射小角 X 射线散

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国家重点基础研究发展计划 (973 计划 ) 项目 2010CB226800 煤炭深部开采中的动力灾害机理与防治基础研究研究简报第七期项目办公室主办 2011 年 6 月 29 日目录 2011 年项目第二季度工作总结 1 我项目协办第一届中俄矿山深部开采岩石动力学高层论坛 4 姜耀东教授应邀作特邀报告.6 刘长武教授来中国矿业大学 ( 北京 ) 做学术交流.

1 国家重点基础研究发展计划 (973 计划 ) 项目 2010CB 煤炭深部开采中的动力灾害机理与防治基础研究研究简报第七期项目办公室主办 2011 年 6 月 29 日目录 2011 年项目第二季度工作总结 1 我项目协办第一届中俄矿山深部开采岩石动力学高层论坛 4 姜耀东教授应邀作特邀报告.6 刘长武教授来中国矿业大学 ( 北京 ) 做学术交流.7 项目召开年度总结暨中期评估准备会.8 北京科技大学课题组获取矿震诱发冲击地压的微震数据.9 齐庆新研究员应邀作特邀报告 10 齐庆新研究员受邀在新汶矿业集团公司做技术培训讲座 11 王磊副教授完成相似模拟实验装备改进研究 12 冲击地压无线监测预警系统通过现场测试 13 项目办公室 : 地址 : 北京市学院路丁 11 号中国矿业大学 ( 北京 ) 邮编 : 电话 : 传真 : 网站 : 973crsm@cumtb.edu.cn

2 2011 年项目第二季度工作总结 2011 年第二季度,973 项目煤炭深部开采中的动力灾害机理与防治基础研究各课题组继续围绕年度研究内容和目标, 积极开展工作截止 6 月 28 日, 项目取得了如下的研究进展 : 1 冲击地压发生前后煤岩微孔隙结构量化研究利用压汞法和同步辐射小角 X 射线散射研究了冲击地压前后煤岩的微细观及亚微观孔隙结构特征, 并结合分形几何方法得到了微细观孔隙的分形维数等结构参数, 对比分析了两种测试方法所得结果的异同, 探讨了冲击地压发生前后煤岩微细观孔隙结构的差异及其对物理力学性质的影响 2 煤岩变形破坏特征的数值模拟研究针对煤岩变形过程中的应变局部化现象及变形破坏特征开展数值模拟研究基于煤岩样受载前的微焦点 CT 扫描数据, 揭示了样品内煤岩介质空间分布的非均匀性, 构建了真实反映煤岩介质分布的数值模型, 并将该模型导入有限差分程序进行单轴压缩条件下的变形局部化特征分析由于煤岩介质分布非均匀性所造成的模型中应力和变形的非均匀性在结果中得到了充分的体现该方法较以往数值模拟方法不仅能够更真实的反映模型材料空间分布的非均匀性, 而且能够较好的获得材料变形破坏过程中应变局部化特征 3 煤矿三维地质构造多尺度空间数据模型研究针对不同尺度下地质构造和岩体结构对煤矿安全生产的影响, 提出了三级尺度空间数据模型和建模方法, 将钻探物探和化探等多源数据进行多尺度分析归类, 分析不同尺度上数据和建模成果的空间耦合问题, 提出地层 - 岩性裂隙的三级尺度数据概念模型, 并在概念模型基础上, 研究基于点线曲面, 体 ( 表面 ) 等多尺度矢量模型, 建立不同尺度数据的空间拓扑关系和语义联系, 使各地质模型在空间上无缝耦合, 形成数据库管理平台 5 长壁孤岛工作面与冲击地压灾害关系研究对唐山矿孤岛工作面冲击失稳区域进行了多参量监测, 通过数值模拟的方法分析了孤岛工作面发生冲击失稳的危险区域, 研究了护巷煤柱在工作面回采过程中的动态响应, 分析评价了超前卸压钻孔的卸压效果 6 长壁孤岛工作面与冲击地压灾害关系研究 1

3 对唐山矿孤岛工作面冲击失稳区域进行了多参量监测, 通过数值模拟的方法分析了孤岛工作面发生冲击失稳的危险区域, 研究了护巷煤柱在工作面回采过程中的动态响应, 分析评价了超前卸压钻孔的卸压效果 7 煤层巷道底板冲击机理及其控制研究对煤层巷道底板冲击矿压发生的影响因素开挖卸荷过程中底板应力变化规律底板冲击的孕育过程动载扰动下底板冲击显现规律进行了研究, 在此基础上建立了底板冲击的力学模型和冲击危险的判别准则, 提出了底板冲击的减冲原理和支护控制对策 8 孤岛工作面覆岩 T 结构诱冲原理及其防治研究分析了孤岛工作面覆岩 T 结构三种状态, 及孤岛面覆岩破断对工作面应力演化的影响研究表现, 孤岛工作面覆岩存在三种状态, 即 : 长臂对称 T 型覆岩结构, 短臂对称 T 型覆岩结构和非对称 T 型覆岩结构 ; 提出了孤岛工作面覆岩破断的两种诱冲机理, 即稳态诱发冲击和顶板活动动态诱发冲击机理 9 厚煤层分层开采防治冲击的巷道布置研究研究了厚煤层开采时叠加煤柱区域诱发冲击的机理及应力分布特征, 确定厚煤层巷道系统防冲诱发设计参数研究表明, 叠加煤柱现象多产生于厚煤层分层开采, 且主要产生煤柱型和底板型冲击矿压, 厚煤层上分层巷道系统布置要尽量避开遗留煤柱及遗留的切眼停采线区域 10 巨厚火成岩下煤层开采矿震规律研究分析巨厚火成岩下顶板破裂的力学过程及诱发矿震机理, 研究巨厚火成岩对下方回采工作面和掘进巷道的冲击影响研究表明, 巨厚火成岩下煤层采掘矿震发生伴随能量的集聚和释放过程, 可分为平静期和爆发期, 两者具有一定的规律性和随机性 11 煤岩动力破坏的微裂隙演化失稳突变及声发射特征研究试验测试不同煤岩试样的基本力学特性声学特性及细观组构, 建立存在大量随机微裂纹的煤岩细观损伤力学模型, 研究不同微裂纹扩展阶段对煤岩性质的影响, 建立了以声发射能量表征的煤岩冲击破坏失稳准则, 并编制煤岩冲击失稳的细观数值计算模型 12 不同微细观结构煤岩试件变形破坏及声发射响应规律研究基于 SPH 方法对非均质弹脆塑性岩石类材料进行数值模拟分析, 对弹性模量非均质和强度非均质满足 Weibull 分布的材料进行了系统研究, 得到单向加载情况下不同均质度 2

4 岩石试件破坏发展过程破裂的几种形式, 并对试件的全应力应变曲线与中声发射显现及声发射累积情况的关系进行了研究 13 地应力测量及综放沿空掘巷支护技术对钻孔应力解除法和岩石声发射凯塞效应地应力测试技术进行了系统研究及现场应用以姚桥煤矿综放沿空掘巷为工程背景, 在地应力实测基础上, 分析研究了综放沿空掘巷围岩变形原因及特点, 确定了综放工作面沿空掘巷合理小煤柱宽度及锚杆支护参数, 有效控制了综放沿空掘巷围岩变形, 保证了高地应力作用下综放沿空巷道的支护安全 ( 项目办公室供稿 ) 3

5 我项目协办第一届中俄矿山深部开采岩石动力学高层论坛 2011 年 4 月 16~17 日, 第一届中俄矿山深部开采岩石动力学高层论坛在辽宁工程技术大学国际会议中心隆重召开来自中俄两国的专家学者相聚在辽宁工程技术大学, 就矿山深部开采岩石动力学相关学术前沿问题进行了广泛深入的研讨此次论坛是由中国岩石力学与工程学会俄罗斯科学院西伯利亚分院矿业研究所中国人民解放军理工大学和辽宁工程技术大学主办, 课题三依托单位辽宁工程技术大学承办, 国家基础研究发展规划 (973 计划 ) 项目 (2010CB226800) 办公室是主要协办单位之一本次论坛是国际力学与采矿领域的一次学术盛会, 是力学采矿地质学科的一件喜事, 更是辽宁工程技术大学的一件大事, 同时也是推动国家基础研究发展规划 (973 计划 ) 项目煤炭深部开采中的动力灾害机理与防治基础研究 (2010CB226800) 的一次契机钱七虎院士张铁岗院士 B.H. 阿巴林院士周丰峻院士 973 计划项 (2010CB ) 首席科学家姜耀东教授中国岩石力学与工程学会秘书长方祖烈教授及来自俄罗斯科学院和我国岩石力学界的 30 余位专家学者参加了会议 973 计划项目课题三 (20 10CB226803) 负责人潘一山教授和课题骨干姜福兴教授李忠华教授王学滨教也参加了本次会议姜耀东教授以煤炭深部开采中的冲击地压机理与防治研究为题潘一山教授以深部岩体分区碎裂化现象分析与动力灾害预测防治新技术为题姜福兴教授以冲击地压实时监测预警技术及发展趋势为题, 分别做了特邀报告潘一山教授主持开幕式并致欢迎词, 首先, 他对参加本次会议的专家学者表示热烈欢迎和衷心的感谢随后, 简要介绍了辽宁工程技术大学力学采矿地质等学科的发展历程和取得学术成果他表示, 希望通过本次会议, 与国内外相关领域的专家进一步加深联系, 密切合作广泛交流, 为促进矿山深部开采岩石动力学学术水平的提高, 推动矿山业科技水平的进步做出新的贡献中国岩石力学与工程学会理事长钱七虎院士发表讲话, 用流利的俄语向与会专家介绍了中国岩石力学与工程学发展现状及前景俄罗斯科学院西伯利亚分院矿业研究所所长 B.H. 阿巴林院士发表讲话, 介绍了俄罗斯在岩石动力学方面取得的成果 4

6 ( 辽宁工程技术大学李忠华供稿 ) 5

姜耀东教授在第一届中俄矿山深部开采岩石动力学高层论坛作特邀报告 2011 年 4 月 16 日, 由中国岩石力学与工程学会和俄罗斯科学院西伯利亚分院矿业研究所等单位联合主办我 973 项目协办的第一届中俄矿山深部开采岩石动力学高层论坛在辽宁工程技术大学召开钱七虎张铁岗周丰峻 B.H.

7 姜耀东教授在第一届中俄矿山深部开采岩石动力学高层论坛作特邀报告 2011 年 4 月 16 日, 由中国岩石力学与工程学会和俄罗斯科学院西伯利亚分院矿业研究所等单位联合主办我 973 项目协办的第一届中俄矿山深部开采岩石动力学高层论坛在辽宁工程技术大学召开钱七虎张铁岗周丰峻 B.H. 阿巴林院士等国内外高校研究机构及国内煤矿企业专家和学者参加本次论坛我项目组姜耀东教授参加了大会并做题为煤矿深部开采中的冲击地压机理与防治研究的特邀学术报告姜耀东教授向与会代表介绍了项目的主要研究内容和总体研究方案, 阐述了项目拟解决的关键科学问题和创新点, 重点介绍了项目实施以来在实验理论方面对冲击地压机理和防治研究的进展情况, 并与中俄同行进行了广泛和深入的交流与探讨 ( 中国矿业大学 ( 北京 ) 宋义敏供稿 ) 6

刘长武教授来中国矿业大学 ( 北京 ) 做学术交流 2011 年 4 月 24 日, 第二课题负责人刘长武教授来中国矿业大学 ( 北京 ) 与第四课题负责人鞠杨教授课题研究骨干黎立云教授进行学术交流会上刘长武教授和鞠杨教授就项目实施以来两个课题组取得的研究进展进行了交流, 尤其是断续煤岩体结构特征

8 刘长武教授来中国矿业大学 ( 北京 ) 做学术交流 2011 年 4 月 24 日, 第二课题负责人刘长武教授来中国矿业大学 ( 北京 ) 与第四课题负责人鞠杨教授课题研究骨干黎立云教授进行学术交流会上刘长武教授和鞠杨教授就项目实施以来两个课题组取得的研究进展进行了交流, 尤其是断续煤岩体结构特征岩石卸压与能量释放机理的相互作用等方面进行了广泛深入地讨论, 分析了目前国内外在深部裂隙煤岩体在开采过程中的能量积聚与释放机制能量场的时空演化规律等方面存在的问题, 对项目在深部煤岩动力灾害的变形破坏规律与多因素耦合致灾机理方面的部分工作提出了研究构想项目组杨永明博士和祝捷博士参加了学术讨论 ( 中国矿业大学 ( 北京 ) 祝捷供稿 ) 7

9 项目召开年度总结暨中期评估准备会 2011 年 5 月 21~22 日, 以我校为第一承担单位姜耀东教授为项目首席科学家的 973 项目煤炭深部开采中的动力灾害机理与防治基础研究在中国矿业大学 ( 北京 ) 国际交流中心多功能厅召开 2010 年度总结暨中期评估准备会应首席科学家姜耀东教授邀请, 项目跟踪专家张建华教授项目组专家蔡美峰教授周宏伟教授以及现场示范工程企业义马煤业集团刘军韩荣军出席了会议来自中国矿业大学 ( 北京 ) 四川大学辽宁工程技术大学中国矿业大学煤炭科学研究总院北京科技大学山东科技大学安徽理工大学义马煤业集团等单位近 50 名代表参加了会议会议由项目首席科学家姜耀东教授主持姜耀东教授首先对参会的嘉宾和代表表示欢迎, 向所有参与项目工作和关心项目进展的专家和领导表示诚挚的谢意, 他简要介绍了项目一年来的实施情况, 表示项目组的各项工作应严格按照科技部 973 计划管理办法和经费管理办法的要求开展会上, 张建华教授蔡美峰教授和周宏伟教授分别讲话, 强调和鼓励整个项目团队应着眼国家重大战略需求, 紧紧围绕深部开采这一工程背景, 抓住动力灾害这一核心问题, 开展创新性的研究, 注重科研团队的培养和研究基地的培育, 为国家资源能源发展做出积极贡献各课题负责人汇报了 2010 年度课题的执行情况研究成果经费使用情况以及 2011 年的工作计划, 并与参会专家进行了深入探讨和交流, 表示课题组全体人员将全力以赴地投入到课题的组织工作中, 确保课题顺利通过中期评估, 实现课题的预期研究目标项目首席科学家姜耀东教授感谢项目承担单位在人力和物力上给予的支持他希望项目课题负责人和科研骨干团结一致齐心协力, 进一步凝练研究目标, 力求在理论上有突破, 技术上有创新, 切实将项目向更深更高层次稳步推进, 保质保量地完成任务书中所要求的研究工作, 迎接科技部的中期评估 ( 中国矿业大学 ( 北京 ) 祝捷供稿 ) 8

10 北京科技大学课题组获取矿震诱发冲击地压的微震数据矿震诱发冲击地压是厚层坚硬顶板矿区冲击灾害的主要形式, 但是, 由于监测手段方面的原因, 实际测到的先震动后冲击的现象鲜有报道北京科技大学课题组苗小虎姜福兴和王存文等在山东朝阳煤矿微地震监测过程中, 测到了多次远方震动数毫秒至数十毫秒后, 在工作面周围发生冲击的现象, 且有时被诱发冲击的能量大于矿震的能量研究成果发表在岩土工程学报 2011 年第 6 期在对朝阳煤矿 3201 工作面进行冲击地压高精度微地震监测过程中, 测到了到时靠后的震动波幅值反而较大的异常现象, 并且当时井下震感强烈针对这一异常现象, 介绍了高精度微地震监测系统的现场测区布置及系统标定情况, 通过对该异常波形数据进行分析研究及初步定位, 发现定位结果较为离散, 不符合定位精度的要求, 从而否定了把记录的微震数据当作一个震源进行定位的基本假设, 在此基础上提出了矿震诱发冲击地压的震动破坏机制假设, 并对该假设进行了初步验证初始震源与诱发震源的时间相关性验证原位岩体实测波形验证等最后结合矿山压力与岩层控制的理论和长期的微地震监测结果, 发现被诱发震源的位置正好处于采动应力场和构造应力场耦合下的高应力区, 这就证明了初始震源可以通过震动破坏机制在高应力区诱发一个新的幅值更大的震源, 即存在诱发震动现象 ( 北京科技大学姜福兴供稿 ) 9

齐庆新研究员应邀参加第一届中俄矿山深部开采岩石动力学高层论坛齐庆新研究员于 4 月 15-17 日应邀参加了在辽宁工程技术大学举行的第一届中俄矿山深部开采岩石动力学高层论坛, 并作了题为

11 齐庆新研究员应邀参加第一届中俄矿山深部开采岩石动力学高层论坛齐庆新研究员于 4 月日应邀参加了在辽宁工程技术大学举行的第一届中俄矿山深部开采岩石动力学高层论坛, 并作了题为冲击地压防治的应力控制理论与实践的学术报告报告系统阐述了冲击地压防治的应力控制理论, 并结合实例分析了应力控制防治冲击地压的有效性及评价方法本项研究工作为进一步弄清冲击地压解危措施的有效性提供了理论基础 ( 煤炭科学研究院李宏艳供稿 ) 10

12 齐庆新研究员受邀在新汶矿业集团公司做技术培训讲座齐庆新研究员 6 月 26 日应邀在新汶矿业集团公司进行了技术培训讲座, 讲座的题目是煤矿高效安全开采关键技术, 重点讲述了我国煤矿安全高效开采技术现状和关键技术, 并对我国煤炭安全开采技术发展趋势进行了展望参加本次培训的人员主要是新汶矿业集团所属各生产矿井生产副总工程师和技术科科长等, 共 90 余人 ( 煤炭科学研究院李宏艳供稿 ) 11

13 王磊副教授完成相似模拟实验装备改进研究安徽理工大学王磊副教授带领科研团队对相似模拟实验装备进行了改进, 在此基础上开展了两台不同煤柱宽度和保护层开采应力分布规律的相似材料模拟实验, 目前室内实验基本完成, 正在处理实验数据改进后的实验装备相似材料模拟实物照片 ( 安徽理工大学王磊供稿 ) 12

14 冲击地压无线监测预警系统通过现场测试为了简化冲击地压监测预警系统布置和维护, 提高系统的灵活性和工作效率, 冲击地压监测预警系统的无线化是重要的发展方向北京科技大学承担的冲击地压无线监测预警系统已经通过了现场测试, 所有指标达到设计要求, 目前已经进入工业化试验阶段为了模拟工作面附近最苛刻的工作环境, 分别选择了密集支柱区轨道列车区皮带机头和转载机区变电所普通巷道区等典型环境进行无线传输测试, 具体测试结果如下 : (1) 在直线巷道内, 在测试的 320 米间距内, 可可靠传输数据在遇到 U 型巷道时, 影响了信号传输通过在 U 型巷道底部加路由器进行信号自动转发, 实现弯曲巷道的数据传输 (2) 轨道列车车长约 100 米, 密集支护段长约 60 米, 整个 160 米距离内能够实现数据可靠传输 (3) 皮带机头和转载机区能够顺利传输数据, 但是, 全断面覆盖的防尘网能够隔断信号, 过该网后 10 米左右信号出现中断现象 (4) 变电所总长约 40 米, 在整个变电所内都能正常传输信号, 高频变电设备对无线信号传输没有影响实验结果对井下复杂环境下传输可靠的冲击地压无线预警系统的研制, 具有重要意义 ( 北京科技大学姜福兴供稿 ) 13

国家重点基础研究发展计划 (973 计划 ) 煤炭深部开采中的动力灾害机理与防治基础研究项目第二季度工作总结按照首席科学家的要求,973 项目煤炭深部开采中的动力灾害机理与防治基础研究各课题对 2010 年第 2 季度的工作进行了总结项目立项至今, 各课题围绕年度研究内容和目标, 积极

国家重点基础研究发展计划 (973 计划 ) 煤炭深部开采中的动力灾害机理与防治基础研究项目第二季度工作总结按照首席科学家的要求,973 项目煤炭深部开采中的动力灾害机理与防治基础研究各课题对 2010 年第 2 季度的工作进行了总结项目立项至今, 各课题围绕年度研究内容和目标, 积极国家重点基础研究发展计划 (973 计划 ) 项目 2010CB226800 煤炭深部开采中的动力灾害机理与防治基础研究研究简报第二期项目办公室主办 2010 年 7 月 15 日目录项目第二季度工作总结 1 课题组研制的冲击地压在线监测预警系统在国内煤矿推广应用 2 项目组窦林名教授应邀赴考察孟加拉国巴拉库利亚煤矿 3 课题六组织实施方案审查会 4 课题三召开项目进度安排与工作会议 5