煤矿深部开采突水动力灾害预测与防治关键技术

10月

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今年年初，在北京举行的国家科技奖励会上，由华北科技学院等多个单位共同参与的“煤矿深部开采突水动力灾害预测与防治关键技术”项目荣获2017年国家科技进步奖二等奖。

该项目通过联合攻关、自主创新，在深部开采突水动力灾害预测与防治关键技术方面取得理论研究、实验方法、监测技术、装备和应用的创新链成果，并已成功应用于煤矿深部开采重大水害防治领域。

突水安全已成重大隐患

我国华北、华东地区煤矿水文地质条件复杂，随开采深度增加底板高承压水突出威胁日趋严重，近10年发生重特大突水事故52起，直接经济损失30多亿元，突水已成为煤矿安全生产重大隐患。深部岩体高应力-强渗流突水与灾变过程极其复杂，现有理论、实验方法、监测手段和治理技术难以实现重特大突水灾害的有效控制。

创新成果解难题

据了解，该项目历过十多年艰苦攻关，取得了重大突破。主要创新成果如下：

(1)建立了基于采动应力场转移的深部岩体结构形变演化突水致灾动力学模型，揭示了深部采动损伤岩体突水通道时空演化规律。

(2)研制了大比例数控机械动压模拟实验系统、三维柔性加载相似材料实验系统、真三轴流固耦合实验系统和采动底板突水实验系统。

(3)建立了承压渗流场-应力场-地电场多场联合约束反演地球物理探测模型，研发了矿井构造民等薄弱带水力性质判识预报信息系统和钻孔物探的井下随钻超前探放水、基于物联网的微震与激发极化高密度电法耦合监测的新技术与装备，实现了地质超前探测、采动过程监测及突出危险预测突水动力灾害综合预警。

(4)提出了防水煤柱性能提升为核心的控制断层滑剪、散面裂隙扩展诱发突水为目标的新型采矿方法，建立了深部突水灾害综合防治技术体系并形成了相应规范。

该项目获得授权发明专利48项，发表论文116篇，出版著作7部，获省部级一等奖2项、二等奖3项，编写了《煤矿防治水规定释义》,建立了工程示范基地。

应用广泛，效益显著

研究成果已先后在开滦集团、冀中能源集团、兖矿集团、肥城矿业集团、新汶矿业集团等四十多对矿井进行了推广应用，避免了煤矿深部开采重大水害的发生，减少了煤矿防灾救灾的投入，有效改善了煤矿生产的安全环境，保证了施工人员和设备安全，促进了煤矿开采和安全技术领域的科技进步。

本项目研究成果的整体推广应用，有力推动了我国深部开采突水动力灾害预防与控制技术的发展，同时为研究更深层次的深部开采相应科学问题奠定理论和技术基础。

目前该成果已在全国200多对矿井得到应用，近3年安全采出原煤3228.8万吨，新增销售额130.3亿元。研发的探（监）测及注浆堵水等仪器装备推广应用到国内外矿山和科研院所，经济社会效益巨大。

该项目获得国内外专家以及行业上的高度评价，其中国内著名专家张铁岗院士评价道“《深部地压与突水动力灾害监测技术及系列实验装备研发》项目整体成果达到了国际先进水平，大比例机械模拟伺服实验系统和煤(岩)应力-渗流耦合真三轴实验系统、深部底板突水模拟实验系统方面达到了国际领先水平”。洪伯潜院士评价道“在三维相似材料模拟及机械模拟实验方面达到国际领先水平”。

采编/蒋新银