遗煤资源绿色开采与采空区功能提升中的煤岩动态力学问题研究与探讨
冯国瑞1
文晓泽2
郭军2
韩磊3
白锦文2
钱瑞鹏4
王凯4
张旭2
金江5
张小荣6
1.太原理工大学矿业工程学院,山西 太原 030024;矿山岩层控制及灾害防控山西省重点实验室,山西 太原 030024;山西能源学院,矿业工程系,山西 晋中 0306002.太原理工大学矿业工程学院,山西 太原 030024;矿山岩层控制及灾害防控山西省重点实验室,山西 太原 0300243.山西焦煤集团有限责任公司 山西 太原 0300244.太原科技大学安全与应急管理工程学院,山西 太原 0300245.中国煤炭科工集团太原研究院有限公司,山西 太原 0300066.山西焦煤西山煤电(集团)有限责任公司,山西 太原 030053
摘要：遗煤资源储量丰富、赋存广泛,兼具优质能源与战略空间双重价值.基于遗煤资源绿色开采和采空区功能提升中的扰动应力波来源、传播衰减和静态荷载特征,提出了"低频扰动+静态预应力"耦合的煤岩动态力学响应科学问题,构建了针对"遗煤开采-空间开发"协同体系的低频扰动岩体力学理论架构,搭建了"水-气-温"多场动静载耦合试验系统.结合现有研究,系统开展了扰动荷载作用下煤岩"拉-压-剪"动态力学响应特征研究,量化了高应力煤岩失稳前扰动荷载循环周期数和幅值之间的关系,得到了扰动荷载作用下不同静态预应力水平砂岩、煤、充填体的强度劣化特性,提出了低频扰动下高应力煤岩失稳的超前预测判据,揭示了煤岩强度劣化和微观裂纹演化之间的内在关联机制,推导了考虑低频扰动效应的损伤变量和强度准则.研究表明,在遗煤开采可行性分析、稳定性评价和围岩动态失稳防控中需要充分考虑采掘扰动的影响.相关研究成果可以为遗煤资源开采和采空区功能提升提供科学指导与决策依据.受采空区积水、瓦斯积聚、冲击矿压和火区扩展等多元风险因素的威胁,遗煤安全绿色开采及采空区功能提升仍面临挑战.扰动岩体力学理论在"遗煤开采-采空区功能提升"协同体系的工程应用中,尚需突破以下技术瓶颈:"水-气-温"复杂环境下的煤岩扰动力学响应特征尚不明确;多重采动影响下残采区围岩裂隙对扰动损伤的放大效应缺乏定量表征;扰动影响下储碳/负碳新型充填体及其构筑空间的稳定运维亟待研究;沉积岩的岩性复杂,动态力学普适性规律揭示和通用本构模型构建面临挑战.需要在煤矿安全规范框架下,推动扰动岩体力学理论在遗煤开采工程中的应用,力求实现遗煤资源绿色低碳开发与采空区赋能应用技术的突破,助力遗留难采煤炭资源安全绿色高采出率开采关键技术的发展和推广.
关键词：残采区上行开采绿色开采采空区功能提升低频扰动技术挑战
分类号：TD82(矿山开采)
资助基金：国家自然科学基金(52525401)国家自然科学基金(52334005)国家自然科学基金(52474142)
论文发表日期：2025-09-30
在线出版日期：2025-09-30（本平台首次上网日期，不代表文献的发表时间）
页数：14( 16-29 )
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