在深部围岩动力灾害控制理论与技术方面,依托国家“十三五”重点研发计划课题、国家自然科学基金及一批企业合作项目,针对冲击地压风险智能判识与监测预警的重大需求,提出与建立了冲击地压应力-能量-物理量耦合关系与冲击地压发生机理,建立了不同类型冲击地压的监测预警指标体系,初步研发了冲击地压危险的双源震动波一体化反演预警技术与装备。取得如下成果:
(1)基于理论分析与大量现场冲击案例将冲击地压分为顶底板型、煤柱破坏型、皱曲构造型和断层滑移型四种类型,并规范了相关行业术语和内涵。其中顶底板型表现为顶板破断滑移,煤柱破坏型表现为煤柱压破坏,皱曲构造型表现为构造应力作用下的煤体压破坏,断层滑移型表现为断层活化运动。
(2)实验室进行了示范矿井煤体在不同应力路径下的破坏特征与前兆物理参量规律研究。通过声发射监测,研究变形破坏过程中震动多参量的响应规律。对于静载作用下的煤体,活动度、时空扩散性、时序集中度等指标在试样破坏前变化比较明显,这些指标可以作为以静载荷为主的煤柱型冲击、褶曲型冲击的预警指标;对于受动载扰动的煤体,b值、A(b)值、断层总面积、总应力当量等指标在主破裂前上升或下降幅度较大,可将其作为以动载荷为主的断层型冲击、顶板型冲击的前兆信息。
(3)研究了冲击地压应力-能量-物理量耦合关系与冲击地压发生机理。冲击地压发生的必要条件用煤岩体弹性模量和降模量表示;提出与构建了冲击危险的多参量归一化无量纲监测预警模型与准则,该模型可从时空强三个方面进行监测预警,其中时间上实现早期智能判识、即时多参量监测、临界冲击预警,空间上实现区域耦合评价、局部定量判断、定点确认,从而实现分区分级监测预警。
(4)基于理论分析、实验室试验、示范矿井不同冲击类型案例统计,选择具有明确物理意义,实验室规律明显的震动参数,建立了不同类型冲击地压的监测预警指标体系。对断层型冲击监测预警比较敏感的指标有b值、A(b)值、断层总面积;对褶曲型冲击监测预警敏感的指标是时空扩散性;活动度指标能有效对煤柱型冲击进行监测预警;而矿压危险系数和总应力当量对顶底板型冲击较为敏感,其他包括应力环境指标如区域波速变化、微震时空强指标如时序集中度、震源集中度以及冲击变形能指标都为通用指标,即对各种冲击类型都具有一定的预警效能。以此,构建了冲击地压多参量监测预警指标体系。
(5)初步研发了冲击地压危险双源震动波一体化反演预警技术与装备,目前处于实验室和现场测试和调试阶段,后续将基于测试结果进一步优化。
团队研究成果已发表SCI论文4篇,EI论文4篇,出版专著1部,授权发明专利3项,获得软件著作权6项,第一起草单位获批制定国家标准1项,获2017年 “煤炭工业协会科学技术三等奖”1项。