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1、项目名称：预防煤矿瓦斯动力灾祸的基础研究首席科学家：胡千庭煤炭科学研究总院重庆分院起止年限：2005.12至2010.11依靠部门：煤炭科学研究总院一、研究内容我国煤层赋存条件复杂多变，重要瓦斯动力灾祸（瓦斯煤尘爆炸、煤与瓦斯突出等）事故时有发生。特别是近十多年来，开采深度的加大使得生产条件更趋复杂，安全保障能力已经成为影响集约化开采技术推行的要点，原有安全技术及理论基础已难以适应目前煤矿安全高效生产的急迫需求，致使煤矿公司重特大事旧居高不下。目前，限制我国煤矿瓦斯动力灾祸防治技术进步的要点科学识题有：（1）煤矿瓦斯灾祸的地质结构作用机理包含矿区、矿井多尺度结构和地应力场、流体体育场耦合条件下
2、的瓦斯地质结构特点、瓦斯灾祸危险地区散布的结构控制作用，是煤矿瓦斯动力灾祸预防的地质理论基础。（2）采动裂隙场时空演化与瓦斯流动场耦合效应包含采动应力场及煤岩体裂隙动向时空演化及散布规律，采动过程中煤层瓦斯解吸及渗流规律，采动裂隙场与瓦斯流动场耦合作用规律，是展望采动影响条件下的瓦斯流动和高效抽采瓦斯的理论基础。（3）煤矿瓦斯动力灾祸演化体制及地球物理响应包含含瓦斯煤岩的物理力学特征及本构关系，煤矿井下采动及钻孔过程中地应力、瓦斯与煤岩体之间互相耦合的煤岩动力灾祸演化体制，采动影响下煤岩体的地球物理响应，成立鉴于多场耦合的煤岩瓦斯动力灾祸多信息交融判识模型，是煤岩瓦斯动力灾祸监测预警及预防的理
3、论基础。（4）瓦斯煤尘爆炸动力学演化体制包含巷道网络空间瓦斯与多种矿井气体成分共存、煤尘参加条件下的爆炸动力学和化学演化特征、流传规律及控制技术基础，是开发预防控制瓦斯煤尘爆炸新技术的基础。鉴于我国煤炭安全开采过程中所面对的上述重要基础理论问题，本项目拟以煤炭开采过程中瓦斯运移及灾变的动力学体制为研究主线，以瓦斯灾祸机理及预防基础为研究要点，展开以下研究：（1）煤矿瓦斯灾祸的地质结构作用机理结构控制瓦斯散布的作用机理及规律。研究典型地质结构条件下以及多种结构耦合条件下煤层动力学原理与煤层瓦斯富集规律，煤层瓦斯富集过程中的吸附解吸扩散渗流的动向演化过程。结构煤的成因和散布规律。研究不一样应力-应
4、变环境下，不一样种类结构煤的形成体制及其与结构的耦合机理，系统剖析不一样种类结构煤的地区和层域散布规律，揭露结构动力学控制结构煤散布和结构煤结构的内在机理，确立我国主要煤层结构煤形成的结构环境条件及其主要控制要素，成立结构煤发育与瓦斯突出的地质结构控制理论。结构对煤与瓦斯突出等动力灾祸危险地区的控制作用。研究结构煤的“宏观-微观”多尺度裂隙和孔隙系统特点及其与结构演化过程与程度的关系，研究复杂环境条件下含瓦斯结构煤的吸附-解吸动力学过程及其与瓦斯突出灾祸的关系，提出煤与瓦斯突出结构控制作用机理与规律，成立煤矿煤与瓦斯突出危险地区散布的瓦斯地质理论与方法。含瓦斯煤岩体的三维地震波响应特点。研究含
5、有不一样瓦斯量、不一样结构和结构煤的三维地震波汲取、反射和流传特点，三维地震波的滤波以及三维三重量辨别，成立结构煤和瓦斯富集区以及煤与瓦斯突出危险区辨别的三维地震探测方法。（电磁辐射、声（2）采动裂隙场时空演化与瓦斯流动场耦合效应采动条件下裂隙场形成体制及散布特点。研究采动条件下煤岩层的垮落与损坏体制及煤岩体裂隙时空演化与散布规律，成立煤岩层垮落、裂隙、变形与有关参数的关系，说明裂隙发育与散布特点。采动裂隙场条件下的瓦斯流动规律。研究采动裂隙场对瓦斯流动的作用体制，瓦斯在采动煤岩体裂隙场中的流动规律，得出瓦斯流动与煤岩体裂隙耦合的时空演化及散布规律，成立采动煤岩体裂隙中瓦斯流动理论与数值计算方
6、法。采空冒落区瓦斯运移规律。研究采空冒落区空间瓦斯流动的特点及规律、采煤工作面界限条件对采空冒落区内瓦斯流动的作用、采空冒落区不一样部位外加流动场条件下的瓦斯流动规律。（3）煤矿瓦斯动力灾祸演化体制及地球物理响应规律含瓦斯煤体物理力学特征及本构关系。研究含瓦斯煤岩体的损害作用机理，含瓦斯煤岩体浸透特征的应力响应规律，瓦斯对煤岩流变-突变规律及其本构关系，含瓦斯煤体峰后浸透性及失稳损坏条件，成立含瓦斯煤体动力学失稳判据；研究含瓦斯煤岩力学特征的尺度效应，外加物理场对含瓦斯煤体吸附、解吸特征的作用体制。煤岩瓦斯动力灾祸的动力学演化机理。研究煤与瓦斯突出机理及其发生发展过程中各参数之间的互相关系，瓦
7、斯、煤体、应力之间的耦合作用，煤与瓦斯突出煤岩与瓦斯流在采掘空间的运动规律、动力效应及其向瓦斯煤尘爆炸等灾害的转变条件;研究采动影响下冲击地压形成的条件、体制及影响要素。煤岩动力灾祸演化过程的地球物理响应规律。研究并揭露煤岩破碎过程及煤岩动力灾祸过程的地球物理场发射、煤岩物理参数等）响应特点、规律及机理，成立煤岩破碎先兆信息的数学物理模型以及煤岩瓦斯动力灾祸多信息辨别准则，为实现煤岩动力灾祸监测及预警确立理论基础：（4）瓦斯煤尘爆炸动力学演化体制瓦斯煤尘爆炸条件参数的耦合量化关系。研究点火能量与环境条件（压力、温度、风流等）、气体随和固成分之间的耦合效应，成立耦合量化关系。瓦斯焚烧、爆燃、爆轰
8、各阶段的特点及转变条件。研究瓦斯爆炸与火灾行为互相转变体制，揭露焚烧、爆燃、爆轰各阶段的演化规律和动力学特点，建立互相转变的条件。巷道网络条件下瓦斯煤尘爆炸流传体制。研究巷道网络条件下（拥有煤矿井下实质巷道尺度、壁面粗拙度、弯道和变坡、瓦斯散布特点的巷道网）瓦斯爆炸火焰和爆炸波的流传规律，瓦斯爆炸过程中热动力学特点、中间瞬态产物变化规律及其对爆炸流传的作用机理；研究瓦斯（煤尘）爆炸流传过程的尺度效应，成立尺度效应付爆炸流传参数影响的关系。为模拟剖析煤矿井下瓦斯煤尘爆炸确立基础。二、预期目标1. 整体目标经过本项目的研究，对煤与瓦斯突出发生与致灾机理以及瓦斯煤尘爆炸发生、流传体制由定性描绘逐渐向
9、定量描绘转变，解决煤矿瓦斯灾祸防治中的有关科学识题，成立有效预防煤矿瓦斯灾祸事故的基础理论系统，为开发煤矿瓦斯灾害预防技术、成立煤矿瓦斯灾祸有效预警预防体制、保证有效控制一次死亡10人以上特大瓦斯事故确立基础。2. 五年预期目标五年的预期目标是：在矿区地质结构控制突出危险区散布的演化及展望探测理论、含瓦斯煤的物理力学定量化描绘及本构关系、大空间迅速推采条件下裂隙场演化及散布规律以及裂隙和采空冒落空间范围的瓦斯流动理论、煤与瓦斯突出演化体制及定量化描绘机理、突出瓦斯煤流运动规律及动力效应理论、冲击地压发生条件及控制基础、瓦斯煤尘爆炸点火能量与环境条件随和固成分耦合关系、巷道网络受限空间条件下瓦斯
10、爆炸火焰、压力和温度流传体制及试验设备尺度效应、采动和结构条件下声发射与电磁辐射、物理参数变化规律的先兆信息监测基础等方面获得打破，与已有研究成就一同初步形成预防瓦斯动力灾祸的基础理论系统，并与已有科技攻关成就和“十一五”科技攻关项目配合，形成一套合适我国煤层条件下的有效预防瓦斯灾祸技术，达到有效控制重要瓦斯灾祸的目的。详细查核指标为：（1）成立我国煤矿瓦斯地质地区散布及采动影响区瓦斯流动场理论、高瓦斯低浸透性煤层高效抽采瓦斯的基础理论，煤与瓦斯突出、瓦斯（煤尘）爆炸发生、致灾机理及控制理论；（2）建立预防煤矿瓦斯动力灾祸的基础理论系统，并在要点理论与技术基础方面实现重要打破，为成立我国煤矿瓦
11、斯灾祸展望与防治技术系统供给有效的理论支撑；（3）过对原生状态、采动影响、采掘过程或地质结构影响的煤岩体电磁辐射、声发射、物性参数等特点、流传规律、滤噪理论、煤岩动力灾祸先兆信息特点规律以及外加电磁波、弹性波信号在采掘空间四周全空间条件下煤岩体中的流传规律、衰减特点等的深入研究，推动电磁辐射、声发射展望煤与瓦斯突出技术达到适用化阶段，突出易发区探测精度提升50%。（4）在国内外核心刊物上发布120篇以上高质量科学论文，第一版学术著作69部，形成一支在国际上有影响的煤矿安全领域学术团队。三、研究方案1. 整体思路本项目立足于中国煤矿采动引发的瓦斯动力灾祸复杂多变的特点，坚持前瞻性、重申基础性、突
12、出创新性、表现代表性、坚持交错性、依靠互补性的原则，以煤炭开采过程中瓦斯运移及灾变的动力学体制为研究主线，以瓦斯致灾机理及预防基础为研究要点，研究“四个特征”（含瓦斯煤岩体物理力学特征、煤矿瓦斯地质地区动力学特征、点火能量与环境条件及气固成分特征、瓦斯煤尘爆炸热动力学特征），成立“三个动向演化体制”（采动裂隙场、煤岩瓦斯动力灾祸、瓦斯（煤尘）爆炸），建立“三个动力效应理论”（瓦斯流动、煤岩瓦斯动力灾祸和瓦斯煤尘爆炸动力效应理论），形成“一个预防瓦斯灾祸基础理论系统”（煤矿瓦斯灾祸预警及控制的基础理论系统）。打破复杂地质、多变赋存条件和高强度大空间采矿方法条件下采动引发的重要瓦斯灾祸预防和控制的“四个”要点科学识题，确立预防瓦斯灾祸及抗灾能力建设评估基础，有效地带动本事域的技术创新。结构煤和瓦斯赋存，结构的物理力学特点含瓦斯煤物理力学特征及本构关系点火能量、环境条件、气固成分耦合特征瓦斯煤尘爆炸的热动力学特采动裂隙场演化机制煤岩瓦斯动力灾祸演
