国家重点基础研究发展计划.doc

国家重点基础研究发展计划(973计划)课题任务书 项目名称:煤矿突水机理与防治基础理论研究 课题编号:2007CB209403 课题名称:采动岩体裂隙演化及隔水关键层的形成条件中华人民共和国科学技术部制2007-7一、研究内容1、研究内容本课题围绕“煤矿突水机理与防治基础理论研究”项目拟解决的第二个科学问题“采动岩体结构破坏与裂隙演化及渗流突变规律”,研究采动岩体结构运动过程中的导水裂隙分布与演化规律,研究隔水关键层的形成条件及控水作用机理。具体包括:采动岩体结构破坏与裂隙时空演化规律研究岩层采动破断与结构运动过程中的导水裂隙时空演化规律;研究岩层结构组合与关键层复合破断、煤层厚度、工作面长度与推进速度等对采动导水裂隙场动态演化的影响规律;研究采动应力与采动裂隙的耦合效应;研究采动岩体导水裂隙分布的定量描述方法;研究揭示岩层采动导水裂隙发育区和易贯通区;建立采动岩体导水裂隙场分布理论。断层构造裂隙的采动活化机理研究断层构造裂隙在采动条件下的活化机理及影响因素;研究工作面推进方向对正断层和逆断层活化的不同影响规律;研究揭示工作面开采参数对断层活化的影响规律;研究采动断层活化对采动岩体导水裂隙场分布的影响规律。隔水关键层形成条件及控制机理研究顶底板隔水关键层的形成条件和作用规律,具体包括采动岩体隔水关键层的存在性判别方法,采动应力与载荷变化对隔水关键层稳定性的影响,承压含水层作用对关键层破断与结构稳定的影响规律,关键层厚度和与其它岩层不同组合方式对阻隔水性能的影响规律,隔水关键层破损后的加固规律等。2、拟解决的关键科学问题采动覆岩移动过程中的导水裂隙演化规律及其影响因素。断层构造裂隙的采动活化机理及其对导水裂隙分布的影响。(3)顶底板隔水关键层的形成条件及其判别方法。3、研究特色与创新点本课题研究特色:岩层采动裂隙是形成矿井突水通道的主要原因,研究和掌握采动岩体裂隙演化规律,对判断矿井突水的发生,制订矿井水害防治决策具有重要意义。尽管我国岩石力学、采矿工程学等相关科技工作者在此方面已经进行了大量研究,已经取得了“三带”理论和导水裂隙带高度预计方法等重要成果,对矿井水害防治起到很大的指导作用。但是,事实证明,传统导水裂隙理论指导下的防水措施尚不能完全杜绝突水事故的发生。本课题研究的特色在于,主要针对传统导水裂隙理论不能合理解释的异常突水工程问题及保水采煤技术要求,以岩层控制的关键层理论为指导,综合采用工程测试、模拟实验、理论分析等研究手段,理论与实际相结合,全面深入地开展岩层采动导水裂隙分布理论和隔水关键层理论的研究。本课题研究的主要创新点:揭示采动覆岩移动过程中的导水裂隙演化规律及其影响因素,修正和发展传统顶板导水裂隙带预计方法,形成基于岩层控制关键层理论的顶板导水裂隙带高度预计方法。揭示断层构造裂隙的采动活化机理及其对导水裂隙分布的影响,建立断层采动活化的判据。建立隔水关键层模型,揭示隔水关键层的形成、作用和加固机理,形成顶底板隔水关键层的判别方法。二、预期目标总体目标:研究揭示采动岩体导水裂隙时空演化及其影响因素,建立采动岩体导水裂隙场分布理论;研究揭示隔水关键层的形成条件和控制作用机理,为研究矿井突水形成条件和防治等提供理论基础。五年预期目标:在理论研究方面①揭示采动覆岩移动过程中的导水裂隙演化规律及其影响因素,形成基于岩层控制关键层理论的顶板导水裂隙带高度预计方法。②揭示断层构造裂隙的采动活化机理及其对导水裂隙分布的影响,建立断层采动活化的判据。③建立隔水关键层模型,揭示隔水关键层的形成、作用和加固机理,形成顶底板隔水关键层的判别方法。在工程实践方面应用相关理论研究成果,分别指导开展华东矿区邻近松散承压含水层工作面突水机理及防治的工程实践研究和神东矿区补连塔井田综采面异常涌水机理及防治的工程实践研究等。在研究成果方面①在国内外高水平学术期刊发表论文15篇(其中10篇SCI、EI收录论文)。②出版专著1部。③申请发明专利1~2项。④培养博士生5名、硕士生10名。⑤研究成果获省部级科技进步奖1项。三、研究方案及技术路线总体研究思路综合运用岩石力学、断裂力学和采动岩体结构理论、岩层控制的关键层理论及工程探测与模拟方法,系统研究采动岩体裂隙时空演化及隔水关键层的形成条件。首先,运用采动岩体力学理论,研究建立采动岩层结构组合模型和复合关键层力学模型,研究采动岩层结构破断运动规律及对采动裂隙时空演化的影响规律;然后,通过现场钻孔电视和钻孔冲洗液法观测和统计,分析煤层厚度、工作面长度与推进速度等对采动裂隙场动态演化的影响规律。通过相似材料物理模拟试验和数值模拟试验研究断层构造裂隙采动活化的规律。利用RFPA等数值模拟方法深入分析隔水关键层的作用机理。从隔水关键层的地质成因、采动条件下隔水关键层存在的判别方法、隔水关键层的结构与稳定影响规