預(yù)防煤礦瓦斯動(dòng)力災(zāi)害的基礎(chǔ)研究

1、項(xiàng)目名稱：預(yù)防煤礦瓦斯動(dòng)力災(zāi)害的基礎(chǔ)研究首席科學(xué)家：胡千庭 煤炭科學(xué)研究總院重慶分院起止年限：2005.12至2010.11依托部門：煤炭科學(xué)研究總院一、研究內(nèi)容我國煤層賦存條件復(fù)雜多變，重大瓦斯動(dòng)力災(zāi)害（瓦斯煤塵爆炸、煤與瓦斯突出等）事故時(shí)有發(fā)生。特別是近十多年來，開采深度的加大使得生產(chǎn)條件更趨復(fù)雜，安全保障能力已經(jīng)成為影響集約化開采技術(shù)推廣的關(guān)鍵，原有安全技術(shù)及理論基礎(chǔ)已難以適應(yīng)當(dāng)前煤礦安全高效生產(chǎn)的迫切需求，導(dǎo)致煤礦企業(yè)重特大事故居高不下。當(dāng)前，制約我國煤礦瓦斯動(dòng)力災(zāi)害防治技術(shù)進(jìn)步的關(guān)鍵科學(xué)問題有：（1）煤礦瓦斯災(zāi)害的地質(zhì)構(gòu)造作用機(jī)理包括礦區(qū)、礦井多尺度構(gòu)造和地應(yīng)力場、流體運(yùn)動(dòng)場耦合條件

2、下的瓦斯地質(zhì)構(gòu)造特征、瓦斯災(zāi)害危險(xiǎn)區(qū)域分布的構(gòu)造控制作用，是煤礦瓦斯動(dòng)力災(zāi)害預(yù)防的地質(zhì)理論基礎(chǔ)。（2）采動(dòng)裂隙場時(shí)空演化與瓦斯流動(dòng)場耦合效應(yīng)包括采動(dòng)應(yīng)力場及煤巖體裂隙動(dòng)態(tài)時(shí)空演化及分布規(guī)律，采動(dòng)過程中煤層瓦斯解吸及滲流規(guī)律，采動(dòng)裂隙場與瓦斯流動(dòng)場耦合作用規(guī)律，是預(yù)測采動(dòng)影響條件下的瓦斯流動(dòng)和高效抽采瓦斯的理論基礎(chǔ)。（3）煤礦瓦斯動(dòng)力災(zāi)害演化機(jī)制及地球物理響應(yīng)包括含瓦斯煤巖的物理力學(xué)特性及本構(gòu)關(guān)系，煤礦井下采動(dòng)及鉆孔過程中地應(yīng)力、瓦斯與煤巖體之間相互耦合的煤巖動(dòng)力災(zāi)害演化機(jī)制，采動(dòng)影響下煤巖體的地球物理響應(yīng)，建立基于多場耦合的煤巖瓦斯動(dòng)力災(zāi)害多信息融合判識(shí)模型，是煤巖瓦斯動(dòng)力災(zāi)害監(jiān)測預(yù)警及預(yù)防的

3、理論基礎(chǔ)。（4）瓦斯煤塵爆炸動(dòng)力學(xué)演化機(jī)制包括巷道網(wǎng)絡(luò)空間瓦斯與多種礦井氣體成分共存、煤塵參與條件下的爆炸動(dòng)力學(xué)和化學(xué)演化特性、傳播規(guī)律及控制技術(shù)基礎(chǔ)，是開發(fā)預(yù)防控制瓦斯煤塵爆炸新技術(shù)的基礎(chǔ)。基于我國煤炭安全開采過程中所面臨的上述重大基礎(chǔ)理論問題，本項(xiàng)目擬以煤炭開采過程中瓦斯運(yùn)移及災(zāi)變的動(dòng)力學(xué)機(jī)制為研究主線，以瓦斯災(zāi)害機(jī)理及預(yù)防基礎(chǔ)為研究重點(diǎn)，開展以下研究：（1）煤礦瓦斯災(zāi)害的地質(zhì)構(gòu)造作用機(jī)理構(gòu)造控制瓦斯分布的作用機(jī)理及規(guī)律。研究典型地質(zhì)構(gòu)造條件下以及多種構(gòu)造耦合條件下煤層動(dòng)力學(xué)原理與煤層瓦斯富集規(guī)律，煤層瓦斯富集過程中的吸附解吸擴(kuò)散滲流的動(dòng)態(tài)演化過程。構(gòu)造煤的成因和分布規(guī)律。研究不同應(yīng)力-應(yīng)

4、變環(huán)境下，不同類型構(gòu)造煤的形成機(jī)制及其與構(gòu)造的耦合機(jī)理，系統(tǒng)分析不同類型構(gòu)造煤的區(qū)域和層域分布規(guī)律，揭示構(gòu)造動(dòng)力學(xué)控制構(gòu)造煤分布和構(gòu)造煤結(jié)構(gòu)的內(nèi)在機(jī)理，確定我國主要煤層構(gòu)造煤形成的構(gòu)造環(huán)境條件及其主要控制因素，建立構(gòu)造煤發(fā)育與瓦斯突出的地質(zhì)構(gòu)造控制理論。構(gòu)造對(duì)煤與瓦斯突出等動(dòng)力災(zāi)害危險(xiǎn)區(qū)域的控制作用。研究構(gòu)造煤的“宏觀-微觀”多尺度裂隙和孔隙系統(tǒng)特征及其與構(gòu)造演化過程與程度的關(guān)系，研究復(fù)雜環(huán)境條件下含瓦斯構(gòu)造煤的吸附-解吸動(dòng)力學(xué)過程及其與瓦斯突出災(zāi)害的關(guān)系，提出煤與瓦斯突出構(gòu)造控制作用機(jī)理與規(guī)律，建立煤礦煤與瓦斯突出危險(xiǎn)區(qū)域分布的瓦斯地質(zhì)理論與方法。含瓦斯煤巖體的三維地震波響應(yīng)特征。研究含有不

5、同瓦斯量、不同構(gòu)造和構(gòu)造煤的三維地震波吸收、反射和傳播特征，三維地震波的濾波以及三維三分量辨識(shí)，建立構(gòu)造煤和瓦斯富集區(qū)以及煤與瓦斯突出危險(xiǎn)區(qū)辨識(shí)的三維地震探測方法。（2）采動(dòng)裂隙場時(shí)空演化與瓦斯流動(dòng)場耦合效應(yīng) 采動(dòng)條件下裂隙場形成機(jī)制及分布特征。研究采動(dòng)條件下煤巖層的垮落與破壞機(jī)制及煤巖體裂隙時(shí)空演化與分布規(guī)律，建立煤巖層垮落、裂隙、變形與相關(guān)參數(shù)的關(guān)系，闡明裂隙發(fā)育與分布特征。 采動(dòng)裂隙場條件下的瓦斯流動(dòng)規(guī)律。研究采動(dòng)裂隙場對(duì)瓦斯流動(dòng)的作用機(jī)制，瓦斯在采動(dòng)煤巖體裂隙場中的流動(dòng)規(guī)律，得出瓦斯流動(dòng)與煤巖體裂隙耦合的時(shí)空演化及分布規(guī)律，建立采動(dòng)煤巖體裂隙中瓦斯流動(dòng)理論與數(shù)值計(jì)算方法。采空冒落區(qū)瓦斯

6、運(yùn)移規(guī)律。研究采空冒落區(qū)空間瓦斯流動(dòng)的特點(diǎn)及規(guī)律、采煤工作面邊界條件對(duì)采空冒落區(qū)內(nèi)瓦斯流動(dòng)的作用、采空冒落區(qū)不同部位外加流動(dòng)場條件下的瓦斯流動(dòng)規(guī)律。（3）煤礦瓦斯動(dòng)力災(zāi)害演化機(jī)制及地球物理響應(yīng)規(guī)律含瓦斯煤體物理力學(xué)特性及本構(gòu)關(guān)系。研究含瓦斯煤巖體的損傷作用機(jī)理，含瓦斯煤巖體滲透特性的應(yīng)力響應(yīng)規(guī)律，瓦斯對(duì)煤巖流變-突變規(guī)律及其本構(gòu)關(guān)系，含瓦斯煤體峰后滲透性及失穩(wěn)破壞條件，建立含瓦斯煤體動(dòng)力學(xué)失穩(wěn)判據(jù)；研究含瓦斯煤巖力學(xué)特性的尺度效應(yīng)，外加物理場對(duì)含瓦斯煤體吸附、解吸特性的作用機(jī)制。 煤巖瓦斯動(dòng)力災(zāi)害的動(dòng)力學(xué)演化機(jī)理。研究煤與瓦斯突出機(jī)理及其發(fā)生發(fā)展過程中各參數(shù)之間的相互關(guān)系，瓦斯、煤體、應(yīng)力之間

7、的耦合作用，煤與瓦斯突出煤巖與瓦斯流在采掘空間的運(yùn)動(dòng)規(guī)律、動(dòng)力效應(yīng)及其向瓦斯煤塵爆炸等災(zāi)害的轉(zhuǎn)化條件; 研究采動(dòng)影響下沖擊地壓形成的條件、機(jī)制及影響因素。 煤巖動(dòng)力災(zāi)害演化過程的地球物理響應(yīng)規(guī)律。研究并揭示煤巖破裂過程及煤巖動(dòng)力災(zāi)害過程的地球物理場（電磁輻射、聲發(fā)射、煤巖物理參數(shù)等）響應(yīng)特征、規(guī)律及機(jī)理，建立煤巖破裂前兆信息的數(shù)學(xué)物理模型以及煤巖瓦斯動(dòng)力災(zāi)害多信息辨識(shí)準(zhǔn)則，為實(shí)現(xiàn)煤巖動(dòng)力災(zāi)害監(jiān)測及預(yù)警奠定理論基礎(chǔ)： （4）瓦斯煤塵爆炸動(dòng)力學(xué)演化機(jī)制 瓦斯煤塵爆炸條件參數(shù)的耦合量化關(guān)系。研究點(diǎn)火能量與環(huán)境條件（壓力、溫度、風(fēng)流等）、氣體和氣固成分之間的耦合效應(yīng)，建立耦合量化關(guān)系。 瓦斯燃燒、爆燃

8、、爆轟各階段的特征及轉(zhuǎn)化條件。研究瓦斯爆炸與火災(zāi)行為相互轉(zhuǎn)化機(jī)制，揭示燃燒、爆燃、爆轟各階段的演化規(guī)律和動(dòng)力學(xué)特征，建立相互轉(zhuǎn)化的條件。 巷道網(wǎng)絡(luò)條件下瓦斯煤塵爆炸傳播機(jī)制。研究巷道網(wǎng)絡(luò)條件下（具有煤礦井下實(shí)際巷道尺度、壁面粗糙度、彎道和變坡、瓦斯分布特征的巷道網(wǎng)）瓦斯爆炸火焰和爆炸波的傳播規(guī)律，瓦斯爆炸過程中熱動(dòng)力學(xué)特征、中間瞬態(tài)產(chǎn)物變化規(guī)律及其對(duì)爆炸傳播的作用機(jī)理；研究瓦斯（煤塵）爆炸傳播過程的尺度效應(yīng)，建立尺度效應(yīng)對(duì)爆炸傳播參數(shù)影響的關(guān)系。為模擬分析煤礦井下瓦斯煤塵爆炸奠定基礎(chǔ)。二、預(yù)期目標(biāo)1. 總體目標(biāo)通過本項(xiàng)目的研究，對(duì)煤與瓦斯突出發(fā)生與致災(zāi)機(jī)理以及瓦斯煤塵爆炸發(fā)生、傳播機(jī)制由定性描

9、述逐步向定量描述轉(zhuǎn)化，解決煤礦瓦斯災(zāi)害防治中的相關(guān)科學(xué)問題，建立有效預(yù)防煤礦瓦斯災(zāi)害事故的基礎(chǔ)理論體系，為開發(fā)煤礦瓦斯災(zāi)害預(yù)防技術(shù)、建立煤礦瓦斯災(zāi)害有效預(yù)警預(yù)防機(jī)制、確保有效控制一次死亡10人以上特大瓦斯事故奠定基礎(chǔ)。2. 五年預(yù)期目標(biāo)五年的預(yù)期目標(biāo)是：在礦區(qū)地質(zhì)構(gòu)造控制突出危險(xiǎn)區(qū)分布的演化及預(yù)測探測理論、含瓦斯煤的物理力學(xué)定量化描述及本構(gòu)關(guān)系、大空間快速推采條件下裂隙場演化及分布規(guī)律以及裂隙和采空冒落空間范圍的瓦斯流動(dòng)理論、煤與瓦斯突出演化機(jī)制及定量化描述機(jī)理、突出瓦斯煤流運(yùn)動(dòng)規(guī)律及動(dòng)力效應(yīng)理論、沖擊地壓發(fā)生條件及控制基礎(chǔ)、瓦斯煤塵爆炸點(diǎn)火能量與環(huán)境條件和氣固成分耦合關(guān)系、巷道網(wǎng)絡(luò)受限空間條

10、件下瓦斯爆炸火焰、壓力和溫度傳播機(jī)制及試驗(yàn)設(shè)施尺度效應(yīng)、采動(dòng)和構(gòu)造條件下聲發(fā)射與電磁輻射、物理參數(shù)變化規(guī)律的前兆信息監(jiān)測基礎(chǔ)等方面取得突破，與已有研究成果一起初步形成預(yù)防瓦斯動(dòng)力災(zāi)害的基礎(chǔ)理論體系，并與已有科技攻關(guān)成果和“十一五”科技攻關(guān)項(xiàng)目配合，形成一套適合我國煤層條件下的有效預(yù)防瓦斯災(zāi)害技術(shù)，達(dá)到有效控制重大瓦斯災(zāi)害的目的。具體考核指標(biāo)為：（1）建立我國煤礦瓦斯地質(zhì)區(qū)域分布及采動(dòng)影響區(qū)瓦斯流動(dòng)場理論、高瓦斯低滲透性煤層高效抽采瓦斯的基礎(chǔ)理論，煤與瓦斯突出、瓦斯（煤塵）爆炸發(fā)生、致災(zāi)機(jī)理及控制理論；（2）構(gòu)建預(yù)防煤礦瓦斯動(dòng)力災(zāi)害的基礎(chǔ)理論體系，并在關(guān)鍵理論與技術(shù)基礎(chǔ)方面實(shí)現(xiàn)重大突破，為建立我

11、國煤礦瓦斯災(zāi)害預(yù)測與防治技術(shù)體系提供有效的理論支撐；（3）過對(duì)原生狀態(tài)、采動(dòng)影響、采掘過程或地質(zhì)構(gòu)造影響的煤巖體電磁輻射、聲發(fā)射、物性參數(shù)等特征、傳播規(guī)律、濾噪理論、煤巖動(dòng)力災(zāi)害前兆信息特征規(guī)律以及外加電磁波、彈性波信號(hào)在采掘空間周圍全空間條件下煤巖體中的傳播規(guī)律、衰減特征等的深入研究，推動(dòng)電磁輻射、聲發(fā)射預(yù)測煤與瓦斯突出技術(shù)達(dá)到實(shí)用化階段，突出易發(fā)區(qū)探測精度提高50%。（4）在國內(nèi)外核心刊物上發(fā)表120篇以上高質(zhì)量科學(xué)論文，出版學(xué)術(shù)著作69部，形成一支在國際上有影響的煤礦安全領(lǐng)域?qū)W術(shù)團(tuán)隊(duì)。三、研究方案1. 總體思路本項(xiàng)目立足于中國煤礦采動(dòng)誘發(fā)的瓦斯動(dòng)力災(zāi)害復(fù)雜多變的特點(diǎn)，堅(jiān)持前瞻性、強(qiáng)調(diào)基礎(chǔ)

12、性、突出創(chuàng)新性、體現(xiàn)代表性、堅(jiān)持交叉性、依托互補(bǔ)性的原則，以煤炭開采過程中瓦斯運(yùn)移及災(zāi)變的動(dòng)力學(xué)機(jī)制為研究主線，以瓦斯致災(zāi)機(jī)理及預(yù)防基礎(chǔ)為研究重點(diǎn)，研究“四個(gè)特性”（含瓦斯煤巖體物理力學(xué)特性、煤礦瓦斯地質(zhì)區(qū)域動(dòng)力學(xué)特性、點(diǎn)火能量與環(huán)境條件及氣固成分特性、瓦斯煤塵爆炸熱動(dòng)力學(xué)特性），建立“三個(gè)動(dòng)態(tài)演化機(jī)制”（采動(dòng)裂隙場、煤巖瓦斯動(dòng)力災(zāi)害、瓦斯（煤塵）爆炸），構(gòu)建“三個(gè)動(dòng)力效應(yīng)理論”（瓦斯流動(dòng)、煤巖瓦斯動(dòng)力災(zāi)害和瓦斯煤塵爆炸動(dòng)力效應(yīng)理論），形成“一個(gè)預(yù)防瓦斯災(zāi)害基礎(chǔ)理論體系”（煤礦瓦斯災(zāi)害預(yù)警及控制的基礎(chǔ)理論體系）。突破復(fù)雜地質(zhì)、多變賦存條件和高強(qiáng)度大空間采礦方法條件下采動(dòng)誘發(fā)的重大瓦斯災(zāi)害預(yù)防和

13、控制的“四個(gè)”關(guān)鍵科學(xué)問題，奠定預(yù)防瓦斯災(zāi)害及抗災(zāi)能力建設(shè)評(píng)估基礎(chǔ)，有效地帶動(dòng)本領(lǐng)域的技術(shù)創(chuàng)新。構(gòu)造煤和瓦斯賦存，構(gòu)造的物理力學(xué)特征含瓦斯煤物理力學(xué)特性及本構(gòu)關(guān)系采動(dòng)裂隙場演化機(jī)制煤巖瓦斯動(dòng)力災(zāi)害演化機(jī)制瓦斯煤塵爆炸演化機(jī)制瓦斯流動(dòng)效應(yīng)（瓦斯噴出和涌出）動(dòng)力效應(yīng)(破壞前兆及瓦斯煤流拋出)瓦斯煤塵爆炸效應(yīng)(火焰和爆炸沖擊波)預(yù)防瓦斯災(zāi)害基礎(chǔ)理論體系點(diǎn)火能量、環(huán)境條件、氣固成分耦合特性瓦斯煤塵爆炸的熱動(dòng)力學(xué)特性預(yù)防災(zāi)害（含抽瓦斯）及抗災(zāi)能力建設(shè)評(píng)估基礎(chǔ)2. 技術(shù)路線（1）針對(duì)我國煤礦瓦斯災(zāi)害典型特征，利用關(guān)聯(lián)的科技攻關(guān)項(xiàng)目、科技行動(dòng)專項(xiàng)機(jī)遇和成果測定并收集有關(guān)現(xiàn)場資料、采集實(shí)驗(yàn)樣品和氣體成分。收集

14、并補(bǔ)充測定小構(gòu)造及其附近的構(gòu)造煤、瓦斯賦存參數(shù)、物理力學(xué)參數(shù)、構(gòu)造參數(shù)、突出危險(xiǎn)性參數(shù)等；收集并補(bǔ)充測定現(xiàn)場含瓦斯煤巖體物理力學(xué)參數(shù)、瓦斯參數(shù)、相對(duì)應(yīng)力參數(shù)，利用鉆孔電視觀測裂隙演化及分布規(guī)律；利用傳感器和監(jiān)測系統(tǒng)監(jiān)測不同尺度采掘空間和采掘推進(jìn)速度條件下的瓦斯參數(shù)、相對(duì)地應(yīng)力參數(shù)、煤巖體變形和位移參數(shù)、聲發(fā)射和電磁輻射參數(shù)等，利用束管系統(tǒng)測定裂隙場瓦斯流動(dòng)規(guī)律，并采取相關(guān)樣品作為模擬試驗(yàn)材料。（2）建立和完善有關(guān)實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)，開展實(shí)驗(yàn)研究工作。建立構(gòu)造模擬、采場裂隙模擬、煤與瓦斯突出模擬、采動(dòng)煤巖物理力學(xué)參數(shù)模擬、瓦斯流動(dòng)模擬等實(shí)驗(yàn)室，完善瓦斯煤塵爆炸巷道和管網(wǎng)試驗(yàn)系統(tǒng)及快速溫度、壓力、高速攝影、

15、紋影等測試系統(tǒng)、熱動(dòng)力學(xué)實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)等。（3）采用地質(zhì)構(gòu)造動(dòng)力學(xué)、巖體力學(xué)、流體動(dòng)力學(xué)、氣固兩相運(yùn)動(dòng)學(xué)、爆炸動(dòng)力學(xué)、工程熱力學(xué)和物理化學(xué)等多學(xué)科交叉知識(shí)進(jìn)行理論分析和數(shù)值模擬試驗(yàn)，結(jié)合現(xiàn)場數(shù)據(jù)和實(shí)驗(yàn)室模擬數(shù)據(jù)，建立和完善有關(guān)數(shù)學(xué)力學(xué)模型。（4）分析相關(guān)研究的成果，并通過廣泛的學(xué)術(shù)交流、密切的協(xié)作配合，建立和完善煤礦瓦斯動(dòng)力災(zāi)害防治的有關(guān)理論體系及災(zāi)害防治技術(shù)基礎(chǔ)。（5）根據(jù)現(xiàn)場試驗(yàn)結(jié)果和瓦斯災(zāi)害事故案例，對(duì)研究成果進(jìn)行驗(yàn)證和修改完善。3. 可行性分析針對(duì)我國煤層及瓦斯賦存特點(diǎn)，本項(xiàng)目研究人員對(duì)相關(guān)研究內(nèi)容已經(jīng)進(jìn)行了長期的研究，取得了一系列研究成果：已在全國范圍開展了大規(guī)模的瓦斯地質(zhì)調(diào)查和瓦斯地質(zhì)編

16、圖工作,查明了煤礦瓦斯災(zāi)害分布的主要控制因素。得到了不同尺度的構(gòu)造通過對(duì)煤層瓦斯賦存和構(gòu)造軟煤的發(fā)育控制來控制瓦斯突出的分布等定性結(jié)論。形成了一套較為完善的礦井構(gòu)造定量預(yù)測與評(píng)價(jià)的理論與方法，獲得了高分辨率、高信噪比、高密度三維數(shù)據(jù)體，落差H5的小斷層定位誤差小于10m，能夠分辨區(qū)內(nèi)幅度大于5m的褶曲。在實(shí)驗(yàn)室測定過含瓦斯煤的硬度、體積和強(qiáng)度性質(zhì)的變化以及含瓦斯煤的變形特性、得出煤體吸附瓦斯后會(huì)發(fā)生膨脹變形和流變的結(jié)論，并對(duì)流變的機(jī)理和規(guī)律以及判定準(zhǔn)則進(jìn)行過研究；通過試驗(yàn)對(duì)瓦斯孔隙壓力、圍巖與煤的滲透率之間的關(guān)系以及含瓦斯煤的力學(xué)性質(zhì)進(jìn)行了研究，建立了煤層瓦斯流動(dòng)理論及滲流控制方程；對(duì)采動(dòng)引起

17、的巖層移動(dòng)與地表沉陷規(guī)律以及裂隙發(fā)育規(guī)律進(jìn)行了研究； 從煤體的蠕變特性出發(fā)研究了突出過程，提出了煤與瓦斯突出的流變假說，從能量守衡原理出發(fā)提出了煤與瓦斯突出發(fā)生的力學(xué)條件；對(duì)煤礦深部開采中的沖擊地壓、巖爆等煤礦動(dòng)力災(zāi)害進(jìn)行過理論與數(shù)值模擬研究。對(duì)瓦斯煤塵爆炸的著火機(jī)理及動(dòng)態(tài)響應(yīng)特征進(jìn)行了管道（巷道）的實(shí)驗(yàn)研究，取得了一系列研究成果；對(duì)瓦斯爆炸過程中火焰?zhèn)鞑ヒ?guī)律及其加速機(jī)理、湍流的誘導(dǎo)及對(duì)瓦斯爆炸火焰?zhèn)鞑サ淖饔玫冗M(jìn)行了研究。利用統(tǒng)計(jì)損傷模型建立了聲發(fā)射數(shù)和巖石微元損傷統(tǒng)計(jì)分布之間的定量關(guān)系，利用聲發(fā)射技術(shù)進(jìn)行了煤與瓦斯突出預(yù)測的應(yīng)用研究，并取得了初步應(yīng)用效果。對(duì)煤在變形破裂過程中電磁輻射規(guī)律、孔

18、隙氣體影響電磁輻射的產(chǎn)生等進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)室和現(xiàn)場試驗(yàn)研究，對(duì)巖石破壞電磁輻射機(jī)制進(jìn)行了探討。 國內(nèi)外其他研究人員也對(duì)相關(guān)問題進(jìn)行了系列化研究，形成了一系列研究成果。這些都為本項(xiàng)目的研究奠定了基礎(chǔ)。因此，本項(xiàng)目的研究具有扎實(shí)的研究基礎(chǔ)。項(xiàng)目主要承擔(dān)單位擁有國際一流的研究手段，基本具備瓦斯基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)室、火災(zāi)基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)室、煤與瓦斯突出基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)室、亞太地區(qū)最大的瓦斯煤塵爆炸試驗(yàn)巷道及試驗(yàn)管道系統(tǒng)，粉塵通風(fēng)火災(zāi)試驗(yàn)巷道，摩擦火花實(shí)驗(yàn)室，采場瓦斯運(yùn)移模擬試驗(yàn)臺(tái)；有專門的巖石力學(xué)和材料實(shí)驗(yàn)室，相似材料模型實(shí)驗(yàn)室。擁有各種材料試驗(yàn)機(jī)，巖石物理力學(xué)性質(zhì)測定裝置，采煤工作面和巷道相似模型試驗(yàn)臺(tái)，動(dòng)態(tài)多功能巖層控制實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)

19、，電液伺服巖石力學(xué)實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)和先進(jìn)的數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)、巖石力學(xué)三維數(shù)值模擬商業(yè)軟件系統(tǒng)、采礦工程中圍巖力學(xué)行為的數(shù)值模擬系統(tǒng)和平面加載煤層開采應(yīng)力應(yīng)變模擬實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)，能夠完成各種巖石物理力學(xué)性質(zhì)測試，井下支護(hù)材料性能測試，各類工作面和巷道圍巖變形、破壞和頂板冒落的模擬；具有較為完備的動(dòng)態(tài)實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)采集分析系統(tǒng)、瞬態(tài)光譜分析儀、熱成像儀、鉆孔地質(zhì)雷達(dá)、WKT-E無線電波透視系統(tǒng)、A-ER聲電動(dòng)態(tài)監(jiān)測系統(tǒng)、傅立葉紅外氣體分析儀、PHOENICS商業(yè)軟件系統(tǒng)和有關(guān)參數(shù)測定儀器。這些試驗(yàn)手段為本項(xiàng)目的研究提供了堅(jiān)實(shí)的物質(zhì)基礎(chǔ)。項(xiàng)目申請(qǐng)者從事礦井重大瓦斯動(dòng)力災(zāi)害相關(guān)研究工作已有20余年歷史，先后主持承擔(dān)20多項(xiàng)有

20、關(guān)礦井瓦斯賦存、瓦斯地質(zhì)動(dòng)力學(xué)特征、煤與瓦斯突出、瓦斯爆炸、沖擊地壓等方面的國家自然科學(xué)基金、國家科技攻關(guān)、重大產(chǎn)業(yè)化項(xiàng)目等，并且參與了十幾起煤礦重大瓦斯動(dòng)力災(zāi)害事故（如2003年淮北蘆嶺煤礦“5.13”瓦斯爆炸事故、陜西銅川陳家山“11.28”瓦斯爆炸事故）的調(diào)查和處理工作，對(duì)煤礦重大動(dòng)力災(zāi)害事故具有深入的了解，具有很強(qiáng)的組織工作能力。項(xiàng)目組成員有專門從事煤礦瓦斯災(zāi)害預(yù)測預(yù)防基礎(chǔ)研究的科研人員，還有從事力學(xué)、流體動(dòng)力學(xué)、燃燒爆炸學(xué)、地質(zhì)學(xué)、采礦學(xué)等方面的研究人員。這些人員都是相關(guān)方面的杰出研究人員，具有豐富的科研實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)和扎實(shí)的理論基礎(chǔ)。因此，項(xiàng)目具備了一支強(qiáng)有力的專門研究隊(duì)伍。針對(duì)目前煤礦

21、重大災(zāi)害防治中存在的主要問題，以煤層瓦斯運(yùn)移動(dòng)力學(xué)機(jī)制為研究主線，突出我國煤礦采動(dòng)誘發(fā)的重大瓦斯事故機(jī)理為研究重點(diǎn)，來構(gòu)建煤礦安全生產(chǎn)的理論體系，研究含瓦斯煤巖體物理力學(xué)特性和煤礦瓦斯地質(zhì)區(qū)域動(dòng)力特性，開展煤礦瓦斯動(dòng)力災(zāi)害和瓦斯（煤塵）爆炸兩項(xiàng)重大事故機(jī)理研究，形成煤礦重大瓦斯動(dòng)力災(zāi)害預(yù)警及控制技術(shù)基礎(chǔ)。通過應(yīng)用基礎(chǔ)理論、數(shù)值模擬和實(shí)驗(yàn)研究，得出煤礦重大瓦斯動(dòng)力災(zāi)害預(yù)警及控制技術(shù)基礎(chǔ)，然后進(jìn)行試驗(yàn)驗(yàn)證并對(duì)研究成果進(jìn)行驗(yàn)證與修正，指導(dǎo)實(shí)踐。項(xiàng)目研究思路清晰、技術(shù)路線可操作性強(qiáng)。項(xiàng)目采用現(xiàn)代高新技術(shù)的原理和實(shí)驗(yàn)手段，以及多學(xué)科交叉的集成攻關(guān)來進(jìn)行煤礦重大動(dòng)力災(zāi)害防治的應(yīng)用基礎(chǔ)研究，并以國家科技攻關(guān)

22、、科技行動(dòng)專項(xiàng)為依托，較傳統(tǒng)理論與技術(shù)研究方法有突破，具有可行性。4. 創(chuàng)新點(diǎn)與特色本項(xiàng)目與國內(nèi)外以往研究相比，具有鮮明的特點(diǎn)，具體表現(xiàn)在：（1）研究對(duì)象的特色：針對(duì)目前世界上最復(fù)雜多變煤層及瓦斯賦存條件的我國煤礦生產(chǎn)條件研究構(gòu)造控制瓦斯和構(gòu)造煤的分布，并利用高分辨三維地震勘探辦法研究對(duì)構(gòu)造煤和瓦斯富集區(qū)的波形特征；針對(duì)世界上大空間快速推進(jìn)的我國特有開采方式（大采高、放頂煤開采），研究煤巖變形、破壞特征及裂隙演化機(jī)制；針對(duì)世界上煤與瓦斯突出和瓦斯煤塵爆炸最嚴(yán)重的我國煤礦特點(diǎn)研究災(zāi)害演變規(guī)律和災(zāi)變效應(yīng)；這些研究成果全部具有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)；（2）研究內(nèi)容的特色：在國內(nèi)外組織一支優(yōu)秀科技隊(duì)伍專門研究預(yù)

23、防煤礦瓦斯災(zāi)害基礎(chǔ)是第一次，研究內(nèi)容由定性向定量化轉(zhuǎn)化，包含的廣度和深度也是第一次；（3）研究手段和關(guān)聯(lián)行動(dòng)的特色：集中各相關(guān)研究單位的設(shè)施優(yōu)勢共同研究預(yù)防瓦斯災(zāi)害的基礎(chǔ)，而且這些單位大部分是本領(lǐng)域國家科技攻關(guān)項(xiàng)目以及科技部“煤礦安全生產(chǎn)科技行動(dòng)專項(xiàng)”的執(zhí)行單位，基礎(chǔ)研究與技術(shù)研究同步。本項(xiàng)目的創(chuàng)新點(diǎn)：（1）研究思路的創(chuàng)新。針對(duì)我國煤層復(fù)雜的地質(zhì)構(gòu)造、多變的瓦斯賦存特點(diǎn)、高強(qiáng)度大空間的開采方法誘發(fā)的煤巖瓦斯動(dòng)力災(zāi)害和瓦斯煤塵爆炸，開展兩類重大災(zāi)害的演化規(guī)律、致災(zāi)機(jī)理以及預(yù)測預(yù)防基礎(chǔ)研究，提出了“研究四個(gè)特性建立三個(gè)演化機(jī)制構(gòu)建三個(gè)效應(yīng)理論-形成一個(gè)理論體系-突破四個(gè)關(guān)鍵科學(xué)問題-奠定預(yù)防瓦斯災(zāi)

24、害及抗災(zāi)能力建設(shè)評(píng)估基礎(chǔ)的學(xué)術(shù)思路，在煤礦重大瓦斯災(zāi)害研究中將宏觀動(dòng)力學(xué)機(jī)制與微觀動(dòng)力學(xué)機(jī)制的分析融為一體，為以知識(shí)創(chuàng)新帶動(dòng)技術(shù)創(chuàng)新奠定了重要基礎(chǔ)。（2）實(shí)驗(yàn)手段的創(chuàng)新：采用具有國際先進(jìn)水平的物理、化學(xué)多參數(shù)測試實(shí)驗(yàn)儀器進(jìn)行實(shí)驗(yàn)室與現(xiàn)場測定，利用多種物理場實(shí)驗(yàn)?zāi)M系統(tǒng)以及具有實(shí)際規(guī)模巷道和管道網(wǎng)絡(luò)特性的瓦斯煤塵爆炸實(shí)驗(yàn)?zāi)M系統(tǒng)，研究含瓦斯煤體物理力學(xué)特性、煤巖瓦斯動(dòng)力災(zāi)害、瓦斯（煤塵）爆炸機(jī)理及傳播規(guī)律等基礎(chǔ)理論問題，實(shí)現(xiàn)特定災(zāi)害事故現(xiàn)象（煤與瓦斯突出、瓦斯爆炸）的實(shí)驗(yàn)室再現(xiàn)和實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象的動(dòng)態(tài)測試與實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)采集。（3）研究成果創(chuàng)新： 礦區(qū)地質(zhì)構(gòu)造控制突出危險(xiǎn)區(qū)分布的演化及預(yù)測探測理論； 含瓦斯煤

25、的物理力學(xué)定量化描述及本構(gòu)關(guān)系； 大空間快速推采條件下裂隙場演化及分布規(guī)律以及瓦斯流動(dòng)理論； 煤與瓦斯突出演化機(jī)制及定量化描述機(jī)理； 突出瓦斯煤流運(yùn)動(dòng)規(guī)律及動(dòng)力效應(yīng)理論、沖擊地壓發(fā)生條件； 點(diǎn)火能量與環(huán)境條件和氣固成分耦合關(guān)系； 巷道網(wǎng)絡(luò)受限空間條件下瓦斯爆炸火焰和壓力溫度傳播機(jī)制及試驗(yàn)設(shè)施尺度效應(yīng)； 采動(dòng)和構(gòu)造條件下聲發(fā)射與電磁輻射、物理參數(shù)的變化規(guī)律。 5. 課題設(shè)置（1）課題設(shè)置的基本思路根據(jù)項(xiàng)目的研究思路和總體目標(biāo)，本著突出重點(diǎn)、強(qiáng)調(diào)有機(jī)聯(lián)系的原則，圍繞擬解決的關(guān)鍵科學(xué)問題，按照已確定的研究內(nèi)容，充分考慮學(xué)科、研究方法和途徑等方面的區(qū)別與內(nèi)在聯(lián)系以及項(xiàng)目總體的系統(tǒng)性和課題分解、成果的相

26、對(duì)獨(dú)立性進(jìn)行課題設(shè)置，共設(shè)置為6個(gè)課題開展研究。各課題之間及課題與關(guān)鍵科學(xué)問題、學(xué)術(shù)思想、課題設(shè)置及項(xiàng)目總目標(biāo)之間的關(guān)系如圖所示。 建立我國煤礦瓦斯地質(zhì)區(qū)域分布及采動(dòng)影響區(qū)瓦斯流動(dòng)場理論、高瓦斯低滲透性煤層高效抽采瓦斯的基礎(chǔ)理論，煤與瓦斯突出、瓦斯（煤塵）爆炸發(fā)生、致災(zāi)機(jī)理及控制理論； 構(gòu)建預(yù)防煤礦瓦斯動(dòng)力災(zāi)害的基礎(chǔ)理論體系，并在關(guān)鍵理論與技術(shù)基礎(chǔ)方面實(shí)現(xiàn)重大突破，為建立我國煤礦瓦斯災(zāi)害預(yù)測與防治技術(shù)體系提供有效的理論支撐；發(fā)表高質(zhì)量論文，出版學(xué)術(shù)著作，形成一支有影響的學(xué)術(shù)團(tuán)隊(duì)。研究目標(biāo)煤巖瓦斯動(dòng)力災(zāi)害演化機(jī)制及地球物理響應(yīng)學(xué)術(shù)思想構(gòu)造特性煤礦瓦斯災(zāi)害的地質(zhì)構(gòu)造作用機(jī)理采動(dòng)裂隙場時(shí)空演化與瓦斯

27、流動(dòng)場耦合效應(yīng)關(guān)鍵科學(xué)問題煤礦瓦斯災(zāi)害的地質(zhì)構(gòu)造作用機(jī)理采動(dòng)裂隙場時(shí)空演化與瓦斯流動(dòng)場耦合效應(yīng)煤巖瓦斯動(dòng)力災(zāi)害的動(dòng)力學(xué)演化作用機(jī)理瓦斯煤塵爆炸動(dòng)力學(xué)演化機(jī)制物理特性瓦斯（煤塵）爆炸動(dòng)力學(xué)演化及多相耦合效應(yīng)裂隙演化流場效應(yīng)爆炸演化動(dòng)力效應(yīng)動(dòng)力災(zāi)害演化及動(dòng)力效應(yīng)煤巖動(dòng)力災(zāi)害演化過程的地球物理響應(yīng)規(guī)律突出預(yù)防突出監(jiān)測爆炸預(yù)防瓦斯預(yù)測機(jī)理基礎(chǔ)含瓦斯煤巖體物理力學(xué)特性及本構(gòu)關(guān)系抽放瓦斯關(guān)聯(lián)技術(shù)課 題 設(shè) 置地質(zhì)構(gòu)造控制構(gòu)造煤、瓦斯和突出危險(xiǎn)區(qū)的演化和作用機(jī)制，探測構(gòu)造煤、瓦斯富集區(qū)的基礎(chǔ)等內(nèi)容是“煤礦瓦斯地質(zhì)區(qū)域動(dòng)力學(xué)特性”的研究內(nèi)容，對(duì)應(yīng)“煤礦瓦斯災(zāi)害的地質(zhì)構(gòu)造作用機(jī)理”的科學(xué)問題，設(shè)立課題一：煤礦瓦

28、斯災(zāi)害的地質(zhì)構(gòu)造作用機(jī)理；瓦斯對(duì)煤巖體的損傷、滲透特性的影響及含瓦斯煤巖本構(gòu)關(guān)系、失穩(wěn)條件等內(nèi)容是“含瓦斯煤巖體物理力學(xué)特性”的研究內(nèi)容，對(duì)應(yīng) “采動(dòng)裂隙場時(shí)空演化與瓦斯流動(dòng)場耦合效應(yīng)、煤巖瓦斯動(dòng)力災(zāi)害演化機(jī)制及地球物理響應(yīng)規(guī)律”的科學(xué)問題，是這兩個(gè)科學(xué)問題的共性基礎(chǔ)，為此設(shè)立課題二：含瓦斯煤巖體物理力學(xué)特性及本構(gòu)關(guān)系；采動(dòng)條件下煤巖層的垮落、裂隙及瓦斯在裂隙場中的流動(dòng)規(guī)律，采空冒落區(qū)瓦斯運(yùn)移規(guī)律等是“采動(dòng)裂隙場演化及瓦斯流動(dòng)效應(yīng)”的主要研究內(nèi)容，對(duì)應(yīng)“采動(dòng)裂隙場時(shí)空演化與瓦斯流動(dòng)場耦合效應(yīng)”的科學(xué)問題，為此設(shè)立課題三：采動(dòng)裂隙場時(shí)空演化與瓦斯流動(dòng)場耦合效應(yīng)；煤與瓦斯突出機(jī)理及突出煤巖與瓦斯流

29、的運(yùn)動(dòng)規(guī)律、動(dòng)力效應(yīng)，沖擊地壓形成的條件、機(jī)制及影響因素等是“煤巖瓦斯動(dòng)力災(zāi)害演化機(jī)制及煤巖瓦斯動(dòng)力災(zāi)害效應(yīng)”的主要研究內(nèi)容，對(duì)應(yīng)“煤巖瓦斯動(dòng)力災(zāi)害演化機(jī)制及地球物理響應(yīng)規(guī)律”的科學(xué)問題，為此設(shè)立課題四：煤巖瓦斯動(dòng)力災(zāi)害的動(dòng)力學(xué)演化作用機(jī)理；煤巖破裂過程及動(dòng)力災(zāi)害的電磁輻射、聲發(fā)射、煤巖物理參數(shù)的變化規(guī)律及前兆信息的數(shù)學(xué)物理模型等內(nèi)容是“煤巖瓦斯動(dòng)力災(zāi)害演化機(jī)制及煤巖瓦斯動(dòng)力災(zāi)害效應(yīng)”的主要研究內(nèi)容，對(duì)應(yīng)“煤巖瓦斯動(dòng)力災(zāi)害演化機(jī)制及地球物理響應(yīng)規(guī)律”的科學(xué)問題，為此設(shè)立課題五：“煤巖動(dòng)力災(zāi)害演化過程的地球物理響應(yīng)規(guī)律”；點(diǎn)火能量與環(huán)境條件等耦合量化關(guān)系、爆炸與火災(zāi)行為轉(zhuǎn)化機(jī)制、巷道網(wǎng)絡(luò)條件下瓦

30、斯爆炸火焰和爆炸波的傳播規(guī)律等是“點(diǎn)火能量與環(huán)境條件及氣固成分特性、瓦斯煤塵爆炸熱動(dòng)力學(xué)特性、瓦斯煤塵爆炸動(dòng)力效應(yīng)”的研究內(nèi)容，對(duì)應(yīng)“瓦斯煤塵爆炸動(dòng)力學(xué)演化機(jī)制”的科學(xué)問題，為此設(shè)立課題六：“瓦斯（煤塵）爆炸動(dòng)力學(xué)演化及多相耦合效應(yīng)”；通過六個(gè)課題的研究，形成“一個(gè)預(yù)防瓦斯災(zāi)害基礎(chǔ)理論體系”，奠定預(yù)防瓦斯災(zāi)害及抗災(zāi)能力建設(shè)評(píng)估基礎(chǔ)，有效地帶動(dòng)本領(lǐng)域的技術(shù)創(chuàng)新。（2） 課題研究的主要內(nèi)容和目標(biāo)課題一：煤礦瓦斯災(zāi)害的地質(zhì)構(gòu)造作用機(jī)理目標(biāo)：認(rèn)識(shí)構(gòu)造控制瓦斯分布的作用機(jī)理及規(guī)律，揭示構(gòu)造煤的成因和分布規(guī)律、構(gòu)造對(duì)煤與瓦斯突出等動(dòng)力災(zāi)害的控制作用，建立煤層瓦斯災(zāi)害危險(xiǎn)區(qū)的構(gòu)造控制理論，為預(yù)測瓦斯災(zāi)害危險(xiǎn)

31、區(qū)域及其預(yù)防瓦斯技術(shù)的研發(fā)奠定理論基礎(chǔ)。在SCI、EI刊物和國內(nèi)外核心刊物上發(fā)表20篇以上科學(xué)論文，出版學(xué)術(shù)著作12部。主要研究內(nèi)容：針對(duì)我國煤礦瓦斯災(zāi)害區(qū)域分布基礎(chǔ)研究存在的問題，圍繞構(gòu)造煤、瓦斯分布和煤與瓦斯突出危險(xiǎn)區(qū)域分布的構(gòu)造演化及控制問題開展基礎(chǔ)理論研究。主要研究內(nèi)容為： 構(gòu)造控制瓦斯分布的作用機(jī)理及規(guī)律。研究典型地質(zhì)構(gòu)造條件下以及多種構(gòu)造耦合條件下煤層動(dòng)力學(xué)原理與煤層瓦斯富集規(guī)律，煤層瓦斯富集過程中的吸附解吸擴(kuò)散滲流的動(dòng)態(tài)演化過程。 構(gòu)造煤的成因和分布規(guī)律。研究不同應(yīng)力-應(yīng)變環(huán)境下，不同類型構(gòu)造煤的形成機(jī)制及其與構(gòu)造的耦合機(jī)理，系統(tǒng)分析不同類型構(gòu)造煤的區(qū)域和層域分布規(guī)律，揭示構(gòu)造動(dòng)

32、力學(xué)控制構(gòu)造煤分布和構(gòu)造煤結(jié)構(gòu)的內(nèi)在機(jī)理，確定我國主要煤層構(gòu)造煤形成的構(gòu)造環(huán)境條件及其主要控制因素，建立構(gòu)造煤發(fā)育與瓦斯突出的地質(zhì)構(gòu)造控制理論。 構(gòu)造對(duì)煤與瓦斯突出等動(dòng)力災(zāi)害危險(xiǎn)區(qū)域的控制作用。研究構(gòu)造煤的“宏觀-微觀”多尺度裂隙和孔隙系統(tǒng)特征及其與構(gòu)造演化過程與程度的關(guān)系，研究復(fù)雜環(huán)境條件下含瓦斯構(gòu)造煤的吸附-解吸動(dòng)力學(xué)過程及其與瓦斯突出災(zāi)害的關(guān)系，提出煤與瓦斯突出構(gòu)造控制作用機(jī)理與規(guī)律，建立煤礦煤與瓦斯突出危險(xiǎn)區(qū)域分布的瓦斯地質(zhì)理論與方法。含瓦斯煤巖體的三維地震波響應(yīng)特征。研究含有不同瓦斯量、不同構(gòu)造和構(gòu)造煤的三維地震波吸收、反射和傳播特征，三維地震波的濾波以及三維三分量辨識(shí)，建立構(gòu)造煤和

33、瓦斯富集區(qū)以及煤與瓦斯突出危險(xiǎn)區(qū)辨識(shí)的三維地震探測方法。課題二：含瓦斯煤體物理力學(xué)特性及本構(gòu)關(guān)系目標(biāo)：建立含瓦斯煤的本構(gòu)關(guān)系及破壞準(zhǔn)則，得出煤巖體卸荷破壞的尺度規(guī)律，為裂隙演化規(guī)律和煤與瓦斯突出動(dòng)力災(zāi)害演化規(guī)律研究提供共性基礎(chǔ)。在SCI、EI刊物和國內(nèi)核心刊物上發(fā)表15篇以上科學(xué)論文。主要研究內(nèi)容： 研究瓦斯對(duì)煤巖體的損傷作用機(jī)理及對(duì)煤巖體滲透特性的應(yīng)力響應(yīng)規(guī)律； 研究含瓦斯煤巖流變-突變規(guī)律及其本構(gòu)關(guān)系，含瓦斯煤體峰后滲透性及失穩(wěn)破壞條件，建立含瓦斯煤體動(dòng)力學(xué)失穩(wěn)判據(jù)； 研究含瓦斯巖體及含瓦斯巖塊力學(xué)特性進(jìn)行比較，得到含瓦斯煤巖力學(xué)特性的尺度效應(yīng)；研究外加物理場對(duì)含瓦斯煤體吸附、解吸特性的作

34、用機(jī)制。課題三：采動(dòng)裂隙場時(shí)空演化與瓦斯流動(dòng)場耦合效應(yīng)目標(biāo)：揭示采動(dòng)影響煤巖體的裂隙時(shí)空演化及采動(dòng)影響空間的瓦斯流動(dòng)規(guī)律，建立采動(dòng)裂隙場與瓦斯流動(dòng)耦合的理論體系。為預(yù)測瓦斯涌出及高效抽采瓦斯技術(shù)的研發(fā)奠定基礎(chǔ)。在SCI、EI刊物和國內(nèi)核心刊物上發(fā)表20篇以上科學(xué)論文，出版學(xué)術(shù)著作12部。主要研究內(nèi)容： 研究采動(dòng)條件下煤巖層的垮落與破壞機(jī)制及煤巖體裂隙時(shí)空演化與分布規(guī)律，建立煤巖層垮落、裂隙、變形與相關(guān)參數(shù)的關(guān)系，闡明裂隙發(fā)育與分布特征。 研究采動(dòng)裂隙場對(duì)瓦斯流動(dòng)的作用機(jī)制，瓦斯在采動(dòng)煤巖體裂隙場中的流動(dòng)規(guī)律，得出瓦斯流動(dòng)與煤巖體裂隙耦合的時(shí)空演化及分布規(guī)律，建立采動(dòng)煤巖體裂隙中瓦斯流動(dòng)理論與數(shù)

35、值計(jì)算方法。研究采空冒落區(qū)空間瓦斯流動(dòng)的特點(diǎn)及規(guī)律、采煤工作面邊界條件對(duì)采空冒落區(qū)內(nèi)瓦斯流動(dòng)的作用、采空冒落區(qū)不同部位外加流動(dòng)場條件下的瓦斯流動(dòng)規(guī)律。 課題四：煤巖瓦斯動(dòng)力災(zāi)害的動(dòng)力學(xué)演化機(jī)理目標(biāo)：基本認(rèn)識(shí)煤與瓦斯突出、沖擊地壓的發(fā)生機(jī)理和致災(zāi)機(jī)理，掌握煤與瓦斯突出、沖擊地壓的發(fā)生規(guī)律，為預(yù)測預(yù)防煤與瓦斯突出和沖擊地壓技術(shù)的研發(fā)奠定基礎(chǔ)。在國內(nèi)核心刊物上發(fā)表20篇以上科學(xué)論文，出版學(xué)術(shù)著作1部。主要研究內(nèi)容： 研究煤與瓦斯突出機(jī)理及其發(fā)生發(fā)展過程中各參數(shù)之間的相互關(guān)系，瓦斯、煤體、應(yīng)力之間的耦合作用； 研究煤與瓦斯突出煤巖與瓦斯流在采掘空間的運(yùn)動(dòng)規(guī)律、動(dòng)力效應(yīng)及其向瓦斯煤塵爆炸等災(zāi)害的轉(zhuǎn)化條件

36、。 研究采動(dòng)影響下沖擊地壓形成的條件、機(jī)制及影響因素。課題五：煤巖動(dòng)力災(zāi)害演化過程的地球物理響應(yīng)規(guī)律目標(biāo)：揭示煤巖破裂過程及煤巖動(dòng)力災(zāi)害的地球物理場響應(yīng)特征、規(guī)律及機(jī)理，建立煤巖瓦斯動(dòng)力災(zāi)害多信息辨識(shí)準(zhǔn)則，為實(shí)現(xiàn)煤巖動(dòng)力災(zāi)害四維（時(shí)間和空間）監(jiān)測及預(yù)警技術(shù)的研發(fā)奠定理論基礎(chǔ)。在SCI、EI刊物和國內(nèi)核心刊物上發(fā)表25篇以上科學(xué)論文，出版學(xué)術(shù)著作2部。主要研究內(nèi)容：研究并揭示煤巖破裂過程及煤巖動(dòng)力災(zāi)害的地球物理場（電磁輻射、聲發(fā)射、煤巖物理參數(shù)等）響應(yīng)特征、規(guī)律及機(jī)理，建立煤巖破裂前兆信息的數(shù)學(xué)物理模型以及煤巖瓦斯動(dòng)力災(zāi)害多信息辨識(shí)準(zhǔn)則，為實(shí)現(xiàn)煤巖動(dòng)力災(zāi)害監(jiān)測及預(yù)警奠定理論基礎(chǔ)：課題六：瓦斯（煤

37、塵）爆炸動(dòng)力學(xué)演化及多相耦合效應(yīng)目標(biāo)：揭示甲烷與多種氣體共存及氣固兩相介質(zhì)條件下的瓦斯（煤塵）爆炸突變機(jī)理和井下巷道網(wǎng)絡(luò)條件下的爆炸傳播規(guī)律，建立瓦斯煤塵爆炸及其傳播的理論模型，為開發(fā)煤礦瓦斯煤塵爆炸模擬驗(yàn)證、事故調(diào)查分析、預(yù)測控制瓦斯（煤塵）爆炸技術(shù)奠定基礎(chǔ)。在國內(nèi)核心刊物上發(fā)表學(xué)術(shù)論文20篇以上，出版學(xué)術(shù)著作12部。主要研究內(nèi)容： 研究點(diǎn)火能量與環(huán)境條件（壓力、溫度、風(fēng)流等）、氣體和氣固成分之間的耦合效應(yīng)，建立耦合量化關(guān)系。 研究瓦斯爆炸與火災(zāi)行為相互轉(zhuǎn)化機(jī)制，揭示燃燒、爆燃、爆轟各階段的演化規(guī)律和動(dòng)力學(xué)特征，建立相互轉(zhuǎn)化的條件。 研究巷道網(wǎng)絡(luò)條件下（具有煤礦井下實(shí)際巷道尺度、壁面粗糙度、

38、彎道和變坡、瓦斯分布特征的巷道網(wǎng)）瓦斯爆炸火焰和爆炸波的傳播規(guī)律，瓦斯爆炸過程中熱動(dòng)力學(xué)特征、中間瞬態(tài)產(chǎn)物變化規(guī)律及其對(duì)爆炸傳播的作用機(jī)理；研究瓦斯（煤塵）爆炸傳播過程的尺度效應(yīng)，建立尺度效應(yīng)對(duì)爆炸傳播參數(shù)影響的關(guān)系。（3）課題承擔(dān)單位及經(jīng)費(fèi)比例課題承擔(dān)單位、負(fù)責(zé)人、經(jīng)費(fèi)比例詳見下表。課題名稱承擔(dān)單位負(fù)責(zé)人主要學(xué)術(shù)骨干全時(shí)人數(shù)經(jīng)費(fèi)比例（%）煤礦瓦斯災(zāi)害的地質(zhì)構(gòu)造作用機(jī)理河南理工大學(xué)、中國礦業(yè)大學(xué)(北京)劉明舉苑春方張子敏、王繼仁、岳建華、崔永君914含瓦斯煤體物理力學(xué)特性及本構(gòu)關(guān)系中國礦業(yè)大學(xué)、重慶大學(xué)何學(xué)秋尹光志聶百勝、王宏圖趙旭生、張興華914采動(dòng)裂隙場時(shí)空演化與瓦斯流動(dòng)場耦合效應(yīng)煤炭科學(xué)

39、研究總院、中國礦業(yè)大學(xué)齊慶新程遠(yuǎn)平張華興、楊勝強(qiáng)、梁運(yùn)培、霍中剛1315煤巖瓦斯動(dòng)力災(zāi)害的動(dòng)力學(xué)演化機(jī)理煤炭科學(xué)研究總院、中國礦業(yè)大學(xué)胡千庭蔣承林康立軍、王魁軍、孫東玲、竇林名1425煤巖動(dòng)力災(zāi)害演化過程的地球物理響應(yīng)規(guī)律煤炭科學(xué)研究總院、 中國礦業(yè)大學(xué)文光才王恩元吳燕清、劉貞堂、鄒銀輝、孟賢正1116瓦斯（煤塵）爆炸動(dòng)力學(xué)演化及多相耦合效應(yīng)中國礦業(yè)大學(xué)、煤炭科學(xué)研究總院林柏泉羅海珠張延松、李增華、蔡周全、周心權(quán)1016 四、年度計(jì)劃研究內(nèi)容預(yù)期目標(biāo)第一年組建項(xiàng)目專家組和管理組，制定項(xiàng)目運(yùn)作、協(xié)調(diào)和管理方案，完成課題及專題的詳細(xì)論證，編制課題和專題的計(jì)劃任務(wù)書，落實(shí)具體研究計(jì)劃，全面啟動(dòng)研究工

40、作。針對(duì)各課題的研究需求，開展并基本完成實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)建立；廣泛匯聚全國煤礦瓦斯賦存、瓦斯地質(zhì)動(dòng)力學(xué)特征、煤與瓦斯突出、瓦斯煤塵爆炸、沖擊地壓等的研究與開發(fā)資料，為全面開展實(shí)驗(yàn)工作做好準(zhǔn)備。制定項(xiàng)目及課題實(shí)施方案，落實(shí)試驗(yàn)地點(diǎn)，建立完善的實(shí)驗(yàn)測試系統(tǒng)，完成資料收集、整理和分析，全面啟動(dòng)項(xiàng)目研究工作。完成實(shí)驗(yàn)樣品的采集加工,得到含瓦斯煤體的力學(xué)特征。研究得出煤巖變形破裂過程的聲發(fā)射、電磁輻射效應(yīng)、特征、規(guī)律。得出點(diǎn)火能量與瓦斯燃燒爆炸的關(guān)系，初步得出煤礦瓦斯著火模式，得到高溫、高壓條件下瓦斯爆炸特性變化規(guī)律。第二年研究瓦斯賦存和構(gòu)造煤形成的瓦斯地質(zhì)條件與展布規(guī)律，典型地質(zhì)構(gòu)造條件下以及多種構(gòu)造耦合條件

41、下煤層構(gòu)造動(dòng)力學(xué)原理與煤層瓦斯賦存綜合動(dòng)態(tài)模擬，瓦斯富集煤的三維地震波動(dòng)特征；研究含瓦斯煤的物理力學(xué)特性，研究瓦斯對(duì)煤巖體的損傷作用機(jī)理，含瓦斯煤峰后物理力學(xué)特性，含瓦斯煤巖體滲透特性的應(yīng)力響應(yīng)規(guī)律；研究采動(dòng)引起圍巖變形和破斷的規(guī)律以及由此引起的巖體裂隙時(shí)空演化及分布規(guī)律，外加物理場煤層滲透特性，采空區(qū)滲透特性；研究煤礦井下的動(dòng)力現(xiàn)象分類，含瓦斯軟煤中的突出動(dòng)力學(xué)模型、突出的發(fā)生與發(fā)展過程模擬、地應(yīng)力及瓦斯壓力在突出過程中的作用、突出發(fā)生過程中瓦斯煤流的運(yùn)動(dòng)規(guī)律；研究采掘空間煤柱型和頂板型沖擊地壓發(fā)生的條件，不同頂板、煤層條件下煤巖變形破裂過程的能量輻射（響應(yīng)信號(hào)）效應(yīng)、特征、規(guī)律及產(chǎn)生機(jī)理；

42、原生煤巖狀態(tài)物理參數(shù)變化規(guī)律；研究瓦斯煤塵成份、環(huán)境條件、點(diǎn)火能量的耦合關(guān)系，燃燒爆炸的演化規(guī)律，爆炸過程中爆炸波結(jié)構(gòu)及火焰?zhèn)鞑ヒ?guī)律，熱量、質(zhì)量的輸運(yùn)規(guī)律，壁面熱效應(yīng)及其對(duì)瓦斯爆炸傳播特性的影響。建立煤層瓦斯富集和瓦斯賦存的構(gòu)造控制模式，得出瓦斯富集區(qū)的地震波動(dòng)特征；得出含瓦斯煤體的流變實(shí)驗(yàn)特征規(guī)律、高壓條件下煤對(duì)瓦斯的吸附解吸實(shí)驗(yàn)規(guī)律,外加場對(duì)煤體瓦斯吸附、解吸的作用規(guī)律和機(jī)理；瓦斯氣體對(duì)煤體腐蝕損傷的宏微觀作用規(guī)律和作用機(jī)理；初步提示模擬采動(dòng)條件下煤巖體應(yīng)力場、位移場、裂隙場的時(shí)空演化及分布規(guī)律，確定煤巖體裂隙中瓦斯流動(dòng)數(shù)值計(jì)算方法和采空區(qū)瓦斯流動(dòng)及涌出規(guī)律的監(jiān)測方法； 提出關(guān)于突出機(jī)理新

43、的假說，基本揭示煤層瓦斯在整個(gè)突出過程中的來源問題；掌握構(gòu)造應(yīng)力對(duì)沖擊地壓發(fā)生的影響規(guī)律，從本質(zhì)上理解構(gòu)造型和重力型沖擊地壓含義，從而為有針對(duì)性的防范沖擊地壓發(fā)生提供理論指導(dǎo)；研究并揭示煤巖變形破裂過程的能量輻射機(jī)理；建立煤巖產(chǎn)生電磁輻射、聲發(fā)射的數(shù)學(xué)物理模型；研究并揭示物性參數(shù)、彈性波參數(shù)等煤巖狀態(tài)物理參數(shù)變化規(guī)律。闡明單一組份氣體對(duì)瓦斯爆炸的作用機(jī)制，獲得我國煤礦瓦斯成分及高溫脫附氣體總體情況；揭示點(diǎn)火能量與環(huán)境條件（壓力、溫度、風(fēng)流等）、氣體和氣固成分之間的耦合效應(yīng)，甲烷與多種氣體共存及氣固兩相介質(zhì)條件下的瓦斯爆炸與火災(zāi)行為相互轉(zhuǎn)化機(jī)制。組織一次學(xué)術(shù)研討會(huì)，與973項(xiàng)目“中國煤層氣成藏機(jī)

44、制及經(jīng)濟(jì)開采基礎(chǔ)研究”研究人員交流取得的最新進(jìn)展和研究成果。發(fā)表學(xué)術(shù)論文30篇，培養(yǎng)本專業(yè)博士10名。第三年研究構(gòu)造煤在不同應(yīng)力-應(yīng)變環(huán)境下，不同類型構(gòu)造煤的形成機(jī)制及其與構(gòu)造的耦合機(jī)理，系統(tǒng)分析不同類型構(gòu)造煤的區(qū)域和層域分布規(guī)律，確定我國主要煤層構(gòu)造煤形成的構(gòu)造環(huán)境條件及其主要控制因素，形成構(gòu)造煤的構(gòu)造成因分類，構(gòu)造煤的三維地震波動(dòng)特征研究，瓦斯災(zāi)害危險(xiǎn)區(qū)的構(gòu)造控制特點(diǎn)與規(guī)律，建立構(gòu)造煤發(fā)育分布的地質(zhì)構(gòu)造控制理論； 研究含瓦斯煤巖流變-突變規(guī)律及其本構(gòu)關(guān)系及峰后滲透性及失穩(wěn)破壞條件，建立含瓦斯煤體動(dòng)力學(xué)失穩(wěn)判據(jù)；研究含瓦斯煤巖力學(xué)特性的尺度效應(yīng)；建立煤巖層垮落、裂隙、變形與相關(guān)參數(shù)的關(guān)系，闡

45、明裂隙發(fā)育與分布特征，得出瓦斯流動(dòng)與煤巖體裂隙耦合的時(shí)空演化及分布規(guī)律，采空冒落區(qū)瓦斯運(yùn)移規(guī)律，外部環(huán)境對(duì)采空冒落區(qū)內(nèi)瓦斯流動(dòng)的影響；研究石門揭煤和煤巷掘進(jìn)條件下的突出力學(xué)模型，煤與瓦斯突出發(fā)生發(fā)展過程中各參數(shù)之間的相互關(guān)系，瓦斯、煤體、應(yīng)力之間的耦合作用；煤與瓦斯突出煤巖與瓦斯流在采掘空間的動(dòng)力效應(yīng)；研究沖擊地壓發(fā)生的機(jī)理及能量聚集與釋放規(guī)律；研究煤巖瓦斯動(dòng)力災(zāi)害演化過程的前兆信息特征及變化規(guī)律，采掘空間煤巖體沖擊動(dòng)力震動(dòng)、聲電等物理場效應(yīng)，研究采動(dòng)及構(gòu)造影響下煤巖破裂過程的電磁輻射、聲發(fā)射、煤巖物理參數(shù)的變化規(guī)律，建立煤巖破裂前兆信息的數(shù)學(xué)物理模型；研究點(diǎn)火能量與環(huán)境條件（壓力、溫度、風(fēng)流等）、氣體和氣固成分之間的耦合效應(yīng)，建立耦合量化關(guān)系。研究瓦斯爆炸與火災(zāi)行為相互轉(zhuǎn)化機(jī)制，揭示燃燒、爆燃、爆轟各階段的演化規(guī)律和特征；研究巷道網(wǎng)絡(luò)條件下瓦斯爆炸火焰和爆炸波的傳播規(guī)律。得出構(gòu)造煤的成因和分類方法，建立構(gòu)造煤發(fā)育分布的地質(zhì)構(gòu)造控制理論，提出構(gòu)造煤地震勘探方法；得出含瓦斯煤體的突變破壞特征、含瓦斯煤體的尺度效應(yīng)規(guī)律和對(duì)煤體力學(xué)性能腐蝕損傷作用的量化特征規(guī)律；進(jìn)一步揭示采動(dòng)煤巖體的垮落與破壞機(jī)制及煤巖體裂隙時(shí)空演化與分布規(guī)律,獲得瓦斯流動(dòng)與煤巖體裂隙耦合的時(shí)空演化及分布規(guī)律。建