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项目简介

煤矿突水机理与防治基础理论研究项目简介

文章来源:[ 项目办公室 ] 发布时间:[ 2007/12/13 ] 浏览:[ 33408 ]

一、重大需求及关键科学问题

 
(一)重大需求分析
 
1、煤矿安全生产形势仍然十分严峻
      ▲ 煤炭是我国的主体能源
      ▲ 煤矿生产中的群死群伤事故仍然十分严重
      ▲ 百万吨死亡率是美国的近200倍,南非的30倍,印度的12倍
 
2、我国煤矿突水灾害事故十分严重
      我国煤矿群死群伤特大事故主要由瓦斯和突水灾害造成,遏制瓦斯和突水事故是我国煤矿安全控制的主攻目标。
      并且,突水造成的直接经济损失一直排各类煤矿灾害之首。过去20年间,有250多对矿井被水淹没,直接经济损失高达350多亿元。
 
2000~2006年间煤矿重特大突水事故统计

年份
事故次数
死亡及失踪人数
2000
9
98
2001
38
176
2002
93
387
2003
92
424
2004
61
254
2005
104
593
2006
38
267
总计
435
2199

      近年来,矿井突水灾害呈不断上升趋势,近5年所发生的矿井突水事故比前10年的总和还多。随着矿井水文地质条件的复杂化突水事故还会越来越严重。
 
3、煤矿开采严重破坏矿区水资源与环境
      为治理煤矿水害,我国每年排出矿井水56亿m3,只利用26%,造成矿区水源枯竭、水与生态环境的破坏。
 
4、“煤矿灾害与环境问题”被列入国家科技发展规划
      ▲ 《国家中长期科技发展纲要》重点领域的优先主题
      ▲ 《国家“十一五”安全生产科技发展规划》重点课题
      ▲ “我国煤矿安全开采相关基础科学问题研究”是“973计划”2007年度能源领域的重要支持方向
 
 
(二)关键科学问题
 
拟解决的关键科学问题:
      1、矿井突水的含导水构造  地质特征及条件
      2、采动岩体结构破坏与裂 隙演化及渗流突变规律
      3、矿井突水预测与控制的基础理论与方法
 
科学问题1 : 矿井突水的含导水构造地质特征与条件
      ▲ 我国大部分矿区水文地质与构造地质条件十分复杂,65%左右的矿井受严重突水危胁。
      ▲ 现有研究对陷落柱和断层等导水构造的发育规律、地下水的赋存和运移规律等认识不足。
 
科学问题2:采动岩体结构破坏与裂隙演化及渗流突变规律                       
      ▲ 采动引起的应力场和裂隙场变化是导通陷落柱和断层,以及形成新的导水通道的前提条件。
      ▲ 渗流突变是突水致灾的根源,现有的基础研究还不能揭示渗流突变的机理。
 
科学问题3:矿井突水预测与控制的基础理论与方法
      ▲ 目前没有建立针对不同突水类型的预测预报理论模型,还不能实现临突预报。
      ▲ 传统采煤理论强调了矿井水的灾害性,忽视了水的资源性,并把水作为灾害的根源加以处理,“疏干”、“排水”等矿井防治水方法造成大量水资源浪费。
 
二、主要研究内容和预期目标
 
(一)总体研究目标
 
      总体目标:针对我国目前煤矿开采中突水事故的主要特点,以控制大型、特大型矿井突水事故为目的,根据不同水文地质及开采条件下的突水类型,建立相应的矿井突水理论模型,研究和掌握矿井突水形成的含水层、通道、隔水关键层等结构特点和演化规律,探索矿井突水预测预报的有效方法,建立水资源保护性采煤理论,发展完善矿井突水防治的理论体系。
 
(二)主要研究内容
 
重点研究内容
      1、矿井突水的水文地质结构特征及形成条件
      2、采动岩体破裂结构运动及渗流突变理论
      3、矿井突水的预测预报理论与方法
      4、控制矿井突水的水资源保护性采煤理论与方法
 
1、矿井突水的水文地质结构特征及形成条件
      ▲ 矿井突水的含导水构造的成因及分布规律;
      ▲ 地下水的赋存及运移规律;
      ▲ 矿井导水断裂的地质动力学特征及规律;
      ▲ 矿井导水陷落柱中的水动力学特征及规律

主要内涵是阐明矿井突水的水文地质形成条件、地质动力学特征,建立矿井突水的基本模式。

2、采动岩体破裂结构运动及渗流突变理论
      ▲ 采动岩体结构破坏与裂隙时空演化规律
      ▲ 断层构造裂隙的采动活化机理
      ▲ 隔水关键层形成条件及控制机理
      ▲ 采动岩体的渗透性及渗流演化规律

主要内涵是揭示采动裂隙通道的形成过程和渗流突变机理、给出隔水关键层的形成条件。
 
3、矿井突水的预测预报理论与方法
      ▲ 矿井突水控制因素的量化理论与方法
      ▲ 不同突水模式的预报模型及水量预测方法
      ▲ 矿井突水前兆信息特征及演化规律
      ▲基于突水前兆因素变化的矿井突水识别模型

主要内涵是发展和完善矿井突水的中长期预报理论,建立矿井突水的临突预报理论基础。
 
4、控制矿井突水的水资源保护性采煤理论与方法
      ▲ 保水采煤学理论与方法
      ▲ 煤水共采的理论与方法
      ▲ 矿井水资源化理论与方法
      主要内涵是建立缺水矿区保水采煤、大水矿区煤水共采的基础理论,形成矿井突水控制与水资源保护利用一体化的采煤理论与方法。
 
(三)预期成果
 
指标成果:
      ■ 发表论文:150篇(其中100篇SCI、EI收录论文)
      ■ 出版专著:5部
      ■ 申请发明专利:10项
      ■ 人才培养:培养博士生50名、硕士生100名
 
效益成果:
      ■ 队伍建设:凝聚和培育矿井水害防治方面的高水平研究队伍,培养本领域代表国家水平的科学家及创新团队。
      ■ 基地建设:结合国家重点实验室建设目标,建立具有国际水平的综合性矿井突水防治研究平台,积累一批相关基础科学研究数据,为矿井突水防治研究的持续开展奠定基础。
      ■ 工程实践:预测预报方法在10个以上矿区得到验证,防治方法在5个以上矿区得到验证;建好两个工程实践基地:煤水共采和保水采煤。
 
三、总体研究方案和创新点
 
(一)总体研究方案

 

(二)课题设置

 
(三)研究思路

 
(四)主要创新点
 
      1、通过煤矿突水水源、通道和隔水关键层的地质结构分析,建立不同含导水地质结构的矿井突水模式。
      2、通过采动岩体裂隙渗流突变研究,揭示矿井突水的成灾机理。
      3、通过矿井突水前兆信息演化规律研究,建立临突预报理论。
      4、基于隔水关键层原理,建立控制煤矿突水事故的水资源保护性采煤理论和方法。
 
四、研究队伍首席与骨干
 
(一)研究队伍总体情况
 
队伍的规模和结构
 
      课题组汇集了我国与矿井突水灾害防治相关的优秀学术骨干和团队。主要学术骨干有52人,平均年龄42岁,其中有教授30人,具有博士学位的42人。
      国家杰出青年基金获得者3人、全国百篇优秀博士论文获得者2人等各类国家级优秀学术人才14人(次) ,各类省部级优秀学术人才23人(次)。
 
队伍中各类优秀人才简表
 
国家杰出青年基金获得者
缪协兴  唐春安  李术才
全国百篇优秀博士论文获得者
孟召平  柏建彪
中国优秀博士后
缪协兴 
中国青年科技奖
唐春安   李术才  孟召平  杨天鸿  张    农
国家百千万人才工程(一、二层次)
唐春安  李术才 
教育部跨世纪或新世纪优秀人才
缪协兴  唐春安  李术才  许家林  柏建彪
张    农  刘爱华
杨天鸿  朱万成
煤炭工业科技拔尖和创新人才
缪协兴  王家臣  许家林  张    农
孙越崎青年科技奖获得者
王家臣  孟召平  高延法
全国优秀教师
王家臣
江苏省“青蓝工程”
缪协兴  许家林  柏建彪  张    农
江苏省“333”第一、二层次人才支持计划
柏建彪  张    农
 
(二)首席科学家
 
项目首席缪协兴教授简介
 
      ★ 缪协兴,男,47岁,博士,教授,国家杰出青年科学基金获得者,全国十佳博士后。国家重点学科首席带头人,国际岩石力学学会(ISRM)会员,中国岩石力学与工程学会常务理事,中国煤炭学会常务理事,《采矿与安全工程学报》主任委员。在国内外学术刊物上发表论文120余篇,被SCI、EI、ISTP收录90余篇,出版专著3部,获省部级科技进步一等奖4项。主持完成国家自然科学基金重点项目、国家杰出青年科学基金项目等相关的国家级基础研究课题
 
 缪协兴教授相关学术业绩
 
      主要从事力学理论及其在采动岩体突水防治中的应用研究。发表了以《采动岩体渗流理论》为代表的系列理论成果,主持开发的“煤矿采动岩体渗流灾变防治研究”成果在徐州、潞安、淮北等矿区得到了初步应用,取得了显著的经济效益,获2006年教育部科技进步一等奖,被推荐申报今年的国家科技进步奖。
 
(三)主要研究骨干
 
      ★ 唐春安,主要从事岩石破裂过程及渗流突变灾害防治研究。国家杰出青年科学基金获得者,长江学者特聘教授,获国家科技进步二等奖1项。
      ★ 李术才,主要从事水文地质及地下工程灾害防治研究。国家杰出青年科学基金获得者,获国家科技进步二等奖2项。
      ★ 孟召平,主要从事构造地质研究。全国百篇优秀博士论文获得者,获得国家科技进步二等奖1项。
      ★ 柏建彪,主要从事采动围岩稳定理论与控制研究。全国百篇优秀博士论文,教育部新世纪优秀人才,获国家科技进步奖二等奖1项。
 
(四)项目第一承担单位:中国矿业大学
 
(五)项目依托部门:教育部、国家安全生产监督管理总局
 
 
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