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岩石力学与支护专业学科十年发展规划
发布时间: 2014年12月24日
来源: 中国煤炭学会
一、学科发展目标
  煤巷支护领域将在深部煤巷围岩综合应力场演化、冲击地压巷道支护、顶板垮落及相关岩层灾害致灾机理及控制、煤巷支护材料与构件及围岩的非协调变形机理等方面取得突破性进展。岩巷支护方面初步形成深部复杂条件下岩巷支护机理、控制技术和新材料的综合体系;工作面支护领域将在充填开采支架-围岩关系理论、深部采场围岩控制理论、高强度大扰动开采围岩灾变的演化和发生机制等研究方面取得突破性进展。形成2个以上具有国际先进水平的岩层控制理论创新研究基地,在相关院校和煤企之间形成多个产学研相结合的岩石力学与支护方面创新型研究团队。
  二、主要专题发展规划
  随着采深与开采强度的不断加大,岩石力学与支护方面需开展以下专题研究。
  煤巷支护方面:
  1、深部高地应力煤矿综合应力场演化规律。
  (1)深部煤矿高地应力场参量多层次分析理论与跟踪反演;
  (2)深部高地应力巷道围岩空间三维应力测试方法与演化规律;
  (3)综合应力场演化路径及与煤岩体破坏模式的关系;
  (4)综合应力场演化致生煤岩体损伤与灾变破坏机理;
  (5)应力场突变诱发振动能量传播、衰减与作用规律。
  2、深部高地应力巷道围岩大变形及顶板失稳垮落机理;
  (1)揭示深部高应力煤巷围岩扩容变形与不连续冲击变形发生条件,及巷道从开挖到报废期间变形全过程变形特征;
  (2)揭示煤巷围岩在高偏应力作用下的破坏过程与机理;揭示深部煤巷顶板垮落灾害从孕育、发展到发生的全过程演化规律;
  (3)揭示巷道顶板垮落灾害的控制原理,为深部高应力巷道围岩大变形与顶板灾害控制提供理论基础。
  3、冲击地压巷道支护理论
  (1)高强度冲击载荷作用对冲击地压巷道支护结构稳定性影响;
  (2)揭示高冲击韧性锚杆从动载冲击-吸能减冲-静载平衡的能量耗散过程及其失稳判定准则;
  (3)冲击地压巷道支护构件抗冲击性能研究;
  (4)建立高冲击韧性锚杆及金属支架与巷道围岩的相互作用机理。
  4、煤巷支护材料、构件及围岩的匹配性研究
  (1)研究锚杆、锚索、托板、球垫、螺母等力学性能匹配性;
  (2)锚杆与锚索预紧力的匹配性及不同预紧力组合对围岩稳定性影响;
  (3)研究金属支架各构件的力学性能匹配性;
  (4)研究巷道支护构件在巷道掘进、工作面回采全过程受力状态及性能的变化规律。
  岩巷支护方面:
  1、千米深井支护理论与方法。深井巷道支护不仅是围岩的大变形问题,而且是一个涉及岩爆、冲击、瓦斯、热害等工程灾害控制的复杂性问题,需要更深入、系统地对工程岩体在多相(固相、气相、液相)、多场(应力场、渗流场、温度场)耦合作用下的大变形破坏致灾机理、控制理论等方面展开研究。
  2、中生代岩巷支护理论与方法。我国东北地区、内蒙盆地、新疆盆地以及陕甘宁盆地的中生代侏罗白垩纪煤系地层,地质条件复杂,存在岩石强度低于煤层强度、砂岩强度低于泥岩强度的特殊规律,且岩石具强烈的膨胀性。急需研究适合于中生代白垩纪煤系地层巷道大变形力学特性的支护理论与方法。
  3、海下开采软岩巷道支护理论与方法。以龙口矿区为代表的海下开采已成为我国煤矿开采的一大特色。对于海域下软岩工程岩体的特殊物理力学特性的系统研究,是解决海下开采软岩巷道支护问题的关键。
  4、矿井支护机械化基础理论。随着大型现代化矿井建设的推进,在建井、采煤方面的机械化问题已解决。而巷道掘-锚-运一体化难以实现的关键还是缺乏适合于软岩大变形力学特性的支护手段,随着支护新材料、新理论和新设计研究的完善,矿井支护机械化将是今后的主攻方向。
  采场支护方面:
  1、大扰动高强度开采工作面围岩控制理论
  (1)大扰动高强度开采支架围岩关系理论
  (2)高强度开采围岩大变形机制与支护强度确定理论
  (3)高强度开采煤壁灾变尺度效应理论
  (4)高强度开采煤壁能量聚集及耗散机理
  2、动静载荷作用下工作面支护理论
  (1)冲击载荷作用下支架液压系统稳定性理论
  (2)煤壁失稳与护帮机构相互作用机理研究
  (3)重复采动下支护系统可靠性理论
  (4)抗冲击高性能液压支架研究
  (5)动静载荷作用下支架状态动力学响应理论研究
  3、大倾角或急倾斜煤层采场围岩控制理论
  (1)大倾角或急倾斜顶板-支架-底板系统稳定性判据及失稳机理
  (2)大倾角或急倾斜煤层覆岩垮落结构理论
  (3)大倾角或急倾斜煤层围岩与支护体耦合作用机理
  4、破碎煤岩体工作面围岩控制理论
  (1)破碎围岩条件下工作面致灾因素研究及控制理论
  (2)破碎围岩加固强化机理研究
  三、主要措施
  1、由国家设立专项研究基金或联合基金,结合基础理论和典型工程科学问题进行研究,为解决矿井建设学科的典型基本理论和重要工程问题提供条件。
  2、根据现有研究基础,整合全国优势学科与学者资源,集中优势力量、加大研究资金投入,专款专用系统开展基础研究工作,以行业内重点企业为龙头,联合行业内知名企业和科研院所,集中进行关键工程科学问题的联合攻关,解决影响行业发展的重大工程问题。
  3、设立专项研究基地,计划下拨专项研究经费,实行专项费用使用审计考核制度。
  4、打造国家级研究团队,理论结合实际,以物理模型模拟试验系统建设为基础,结合实际工程进行现场检测;理论以试验结果、现场检测数据为依据,用试验数据和现场检测结果考核研究工作绩效。
  5、定期举办学术会议和论坛,加强学术交流,进行专题学术讨论,阶段学术报告,及时交流并检验最新研究成果,为行业发展提供理论支持。


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