[01167292]水库下厚煤层开采致灾与防控关键技术

随着我国中东部矿区煤炭资源日益枯竭,解决“三下”压煤已成为各大矿区面临的主要难题。其中,水体下煤炭资源开采涉及煤矿安全和地表水资源保护两大技术问题。本项目围绕长壁开采覆岩破坏采动程度、非充分采动条件下导水裂隙带高度、地表及库底非连续变形裂缝规律、厚煤层非充分工作面协调开采技术等内容,经过多年协同攻关,创新性提出了长壁开采覆岩破坏充分采动程度及其判别方法,揭示了非充分采动下导水裂隙带高度及地表移动变形规律,提出了大型水库下厚煤层安全高效开采技术,实现了水体下安全高效开采,并保护了地表水资源及矿区生态环境。主要创新如下： 1. 首次科学界定了长壁开采覆岩破坏采动程度的定义,研究得出了覆岩破坏充分采动与非充分采动的判别方法,为准确计算长壁开采不同采动程度条件下导水裂隙带发育高度提供了科学依据。基于长壁开采覆岩破坏特征及导水裂隙带高度随不同工作面尺寸的变化情况,确定了覆岩破坏特征的主要影响因素及其敏感性,科学界定了覆岩破坏采动程度的定义,并得出了覆岩破坏充分采动判据表达式,为水体下安全高效开采提供了理论支撑。 2. 确定了非充分采动条件下导水裂隙带高度的主控因素及其无量纲关系,提出了非充分采动下导水裂隙带高度计算方法,并通过现场井上下打钻观测导水裂隙带高度,验证了其准确性。采用灰色关联分析及层次分析相结合的方法,分析确定了非充分采动导水裂隙带高度主要影响因素及各因素间的关联度与敏感性,构建了非充分采动下导水裂隙带高度预测模型,通过理论分析确定了其计算方法,并进行了实测验证。 3. 通过建立地表移动观测站和室内数值与物理模拟分析,揭示了地表及库底变形破坏规律,结合非充分采动导水裂隙带发育规律,优化了水体下采煤防水安全煤岩柱尺寸,确保了水体下保水开采的安全性。通过分析大量的地表沉陷监测数据,得出了地表移动变形参数及非连续破坏特征,揭示了地表及库底移动变形及破坏规律,进而对防水安全煤岩柱尺寸进行了优化设计。 4. 提出并实施了水库坝体下安全采煤的协调开采技术和长壁非充分协调跳采技术,实现了大型水体下厚煤层放顶煤安全高效开采,经济社会效益显著。基于非充分采动下导水裂隙带发育高度及地表移动变形规律,创新发展了水库坝体下厚煤层放顶煤安全开采理论,提出了安全采煤的五因素协调开采技术和长壁非充分协调跳采技术,保障了矿井的可持续发展。 项目解决了大型水体下厚煤层非充分采动的关键技术与行业难题,确保了水库坝体在煤炭资源开采过程中的安全运行,实现了煤矿安全高效生产和地表水资源保护两大目标。成果在我国郑州矿区得到了较大范围的推广应用,近三年创造产值25.5亿元,直接经济效益5亿元,应用前景广阔。成果主要包括：申请发明专利10项,其中授权4项;授权实用新型专利2项;发表论文25篇,其中SCI、EI论文11篇,出版专著1部;培养博士生2人,硕士生6人。