沿空留巷充填墙及其围岩结构体系的承载与密闭性能研究.doc

项目编号 SKLCRSM09X03填报说明1 请以仿宋字体填写计划任务书的各项内容，要求实事求是，逐条认真填写，表达明确严谨，字迹清晰易辨，外来语需同时使用原文和中文表达，第一次出现的缩写词，须给出全称；2 计划任务书为A4开本，各栏空格不够时，请自行加页，一式3份由所在单位审查并签署意见后加盖单位公章，报送至煤炭资源与安全开采国家重点实验室办公室（矿压楼407）；3 封面上“项目编号”申请者不要填写。4 受资助项目所取得的成果必须以“煤炭资源与安全开采国家重点实验室（中国矿业大学）”或“State Key Laboratory of Coal Resources and Safe Mining（CUMT）”为第一作者单位，同时标明“煤炭资源与安全开采国家重点实验室自主研究课题资助”或英文标注以“Supported by State Key Laboratory of Coal Resources and Safe Mining（CUMT）”。 一、项目负责人基本情况姓名张农性别男职称教授出生年月1968.12通讯地址江苏省徐州市煤炭资源与安全开采国家重点实验室（中国矿业大学）电 话0516-83590567E-Mailzhangnong传 真0516-83590567主要学术经历（包括大学以上学历、工作简历、与本课题相关的研究成果）：1985年9月1992年1月，中国矿业大学采矿工程系本科生、硕士研究生，取得硕士学位后留校任教；1995至1995年9月1999年6月，中国矿业大学采矿工程系在职博士研究，获得博士学位。1992年4月始，历任中国矿业大学采矿工程系助教、讲师、副教授，2004年12月任中国矿业大学教授，2005年6月至今，中国矿业大学，教授、博导。2007年3月2008年11月，中国矿业大学煤炭资源与安全开采国家重点实验室副主任；2008年11月至今任中国矿业大学矿业工程学院科研副院长。以煤矿复杂条件巷道围岩控制与顶板稳定规律为主线开展了研究，在沿空留巷整体稳定规律及其控制技术、极易离层破碎型煤巷顶板失稳机理及其控制技术、软岩巷道滞后注浆围岩稳定机理及控制技术方面取得了创新性成果。主持或作为项目骨干参与了多项国家省部计划、基金和才资助项目及数十项企业合作项目。出版专著1部、发表论文70余篇，论著被EI收录18篇、ISTP收录6篇，获得国家专利15项。有关成果应用到16个矿区，技术覆盖企业达到2亿吨煤炭生产能力。获得国家科技进步二等奖1项、省部级科技进步特等奖1项、省部级一等奖4项，先后培养博士3名、硕士13名。获得了江苏省有突出贡献的中青年专家、中国青年科技奖、江苏省十大杰出青年等荣誉称号，入选七部委新世纪百千万人才工程国家级人选及3项省部级人才计划。主要合作者姓名年龄技术职称工作单位项目分工签名许兴亮33讲师中国矿业大学理论分析李桂臣28讲师中国矿业大学实验室实验郑西贵32讲师中国矿业大学数值计算阚甲广26博士生中国矿业大学实验室实验王成26博士生中国矿业大学数值计算韩昌良26博士生中国矿业大学现场实测二、课题基本情况课题名称沿空留巷充填墙及其围岩结构体系的承载与密闭性能研究起止时间2009.72012.6申请经费30.0 万元1拟解决的关键科学技术问题和主要研究内容：1.1科学技术问题留巷钻孔法是根据煤层群赋存条件，首采关键卸压层，沿采空区边缘沿空留巷实施无煤柱连续开采，在留巷内布置上、下向高、低位钻孔，抽采顶底板卸压瓦斯和采空区富集瓦斯的煤层瓦斯开采技术；并通过创新快速构建沿空留巷巷旁充填墙体技术，实现与综采工作面同步推进的煤与瓦斯高效共采的开采方法，替代了多岩巷的抽采卸压瓦斯的煤与瓦斯共采技术体系。本课题围绕沿空留巷充填墙体及顶底板围岩的系统承载性能和密闭性控制难题，开展一些依托典型工程实践和现场精细化观测为基础的应用理论研究，期望对留巷钻孔法煤与瓦斯共采技术提供一些理论依据，对留巷充填支护参数和钻孔布置参数设计提供一些指导。1.2主要研究内容1) 沿空留巷充填墙及顶底板围岩结构体系的承载性能研究（1）充填墙体的位态及变形特征精细观测。（2）充填墙体在动压影响过程中的载荷测定。（3）充填固结材料力学性能及对动压的适应性研究。2) 沿空留巷充填墙及顶底板围岩结构的密闭性分析（1）充填体顶板裂隙发育状况探测。（2）实时监测分析采空区埋管抽采瓦斯浓度，分析采空区墙体侧瓦斯富集情况和墙体密闭性，判断墙体的破坏。（3）实时监测低位钻孔抽采采空区富集瓦斯的浓度和抽采量，分析留巷墙体采空侧裂隙演化过程、推断跨冒过程和墙体侧岩体破坏及裂隙发育情况，分析采空侧墙体及顶底板系统密闭性。3）沿空留巷墙体侧墙及顶底板围岩结构系统刚度的力学模型分析（1）建立典型条件下留巷墙体及其顶底板的承载结构模型，分析其系统刚度，丰富沿空留巷大小结构力学模型，进一步揭示留巷墙体的作用机理；（2）结合留巷墙体侧的系统承载规律，研究留巷充填材料必须具备的基本性能、墙体参数及影响因素，进一步明确指导材料研制；（3）研究充填墙体宽度对侧向承载系统稳定性的影响。2主要研究方法与技术路线：本项目拟结合23种典型煤层赋存留巷条件下的煤与瓦斯共采工程实践，采用现场矿压观测、采空区瓦斯抽采浓度实时监测、典型条件物理模拟分析及数值计算、力学建模分析相结合的综合研究法。技术路线：1）主要考虑煤层直接顶板赋存状态和开采厚度，选择确定23类典型的留巷工程条件，结合煤与瓦斯共采工程实践开展研究；2）在留巷钻孔实施煤与瓦斯共采过程中，开展巷道围岩表面及多点位移观测、留巷墙体及顶底板岩层钻孔应力计、留巷顶板离层仪观测、充填墙体强度及变形等精细化观测；同步收集留巷钻孔及采空区埋管抽采的瓦斯浓度及瓦斯量的实时监测数据，同时标注矿压观测点、留巷瓦斯抽采数据采集点与工作面采场推进的时空关系，开展综合分析研究。3）按实际选择的23个典型工程条件，开展物理模拟实验研究，主要分析留巷顶板条件及加固性能、留巷墙体宽度及强度等几个因素，研究留巷围岩支护小结构的稳定规律；4）按实际选择的23个典型工程条件，应用UDEC软件开展留巷开采的数值模拟研究，主要调整充填墙体宽度和力学性能指标、顶底板力学指标，分析留巷墙体及顶底板区域的位移、应力演化规律； 5）围绕采空侧墙体承载系统刚度建立力学结构模型，开展留巷墙体、顶底板承载及变形性能的理论分析，研究留巷围岩的校结构稳定性及墙体承载系统对该结构的影响；6）将研究成果应用到材料研制和留巷参数设计中，并结合现场工业性试验开展分析总结。3研究工作计划与进度： 2009.072009.10：确定典型试验和研究条件、详细落实研究方案，确定工作内容和人员组织安排；2009.102010.06：结合23个工程现场开展系统的精细化观测研究；2010.062011.06：开展物理模拟实验和数值模拟分析计算；2011.062011.12：根据前期的初步实验研究结果，确定主要因素，建立留巷墙体及顶底系统刚度力学模型，开展理论分析研究，形成阶段性研究成果；2012.012012.06：将阶段性研究成果应用到现场留巷工程，指导有关技术方案和参数设计，补充实验和现场观测，凝练科学结论、提交研究报告。4研究目标和预期成果（成果内容、形式）：1) 技术成果（1）分析总结不同顶底板条件下留巷墙体承载性能及采动过程中的演化规律；（2）揭示留巷墙体及顶底板承载系统在留巷采动过程中破坏及裂化规律，为研究采空区的密闭性及防控措施提供科学指导；（3）为确定充填墙体材料性能，指导材料研制、设计充填墙体参数提供科学依据。2) 学术成果（1）围绕留巷墙体及顶底板承载系统、留巷采空区的密闭性及瓦斯抽采、充填材料性能及研制等方面提炼研究成果，发表1篇SCI检索论文和5篇EI检索论文；（2）参加1次国际学术会议、2次国内学术会议，交流该项研究成果。3) 人才培养（1）以课题内容为中心，培养1名博士研究生、24名硕士研究生；（2）1名课题骨干晋升职称。5经费预算（30万元）支 出 科 目金额（万元）计 算 依 据 及 理 由合 计30.0国家重点实验室专项经费管理办法财教2008531材料费4.5实验室物理模拟材料、实验岩样的采集加工费和包装运输费。测试化验加工费6.0试验测试、数值计算和分析费用。差旅费7.56人次30个月的调研、考察、现场实验等差旅费。会议费4.56人次全国性会议会议及2人次国际会议费。出版、文献、信息传播、知识产权事务费4.5资料、1部学术著作及10篇论文论出版和印刷费，文献检索、入网等信息通讯费。专家咨询费1.5邀请国外5人次专家讲学交流。劳务费1.5用于直接参加项目的研究生助研津贴、博士后的劳务费用，实验室和现场实验临时用工。注: 经费开支范围参照财政部、科技部制定的国家重点实验室专项经费管理办法财教2008531执行，“具体包括与研究工作直接相关的材料费、测试化验加工费、差旅费、会议费、出版/文献/信息传播/知识产权事务费、专家咨询费、劳务费等。”6项目负责人承诺本人保证上述所填报内容的真实性。研究期间，本人与本课题的全体组成员将严格遵守国家重点实验室专项经费管理办法和煤炭资源与安全开采国家重点实验室自主研究课题管理办法的有关规定，切实保证研究工作时间，按计划认真开展研究工作，按时报送有关材料，按时接受检查和验收。 申请人: 年 月 日7.专家评审意见: 专家评审组组长（签字） 年 月 日8.实验室负责人意见: 负责人(签字) 单位(公章) 年 月 日 年 月 日