[01693102]煤矿采动覆岩及地面建筑动力失稳防控研究与工程应用

本项目属于矿山开采损害治理的科学技术领域,是土木工程与采矿工程的交叉学科。在采矿、地质、土木、矿山测量和防灾减灾的多学科交叉融合的基础上,充分弥补土木工程、测绘工程和采矿工程学科对煤矿采动建筑物保护研究的不足,针对地下煤炭开采所引起的开采沉陷变形和地震的联合作用进行研究： （1）通过建立煤矿采空区上覆坚硬岩层移动变形的弹塑性力学分析模型,得到了煤矿采动覆岩移动变形破断的力学判据;通过理论分析、相似材料开采模拟试验与数值计算相结合的方法探讨了煤矿采动影响下的煤矿采空区岩层的位移变化与应力分布演化区域,指出了裂隙岩体的卸压保护原理; （2）研究了煤矿巷道同一截面不同区位（顶板、底板、帮部）地震动力响应的差异,探讨了不同截面形状的煤矿地下巷道结构的地震动力破坏特征及影响因素,得到了煤矿巷道地震动力响应特征及破坏模式;通过研究考虑围岩损伤的煤矿巷道结构同一截面不同位置的地震动力响应,探讨了岩体损伤后考虑强度降低刚度劣化的损伤区域应力场分布,总结了考虑围岩损伤效应的煤矿采动裂隙围岩介质的卸压-耗能-减震特性控制煤矿采动损伤岩层地震动力响应的原理。 （3）建立了地震作用下考虑扰动荷载效应的煤矿巷道结构的动力学方程及岩体内地震波传播的波动方程,重点分析了地震波在考虑充填效应的煤矿采空区围岩介质与充填材料不同介质之间的传播衰减特性,指出了充填后煤矿采空区的地震动力稳定性的条件,在此基础上提出了“煤矸石+裂隙岩体复合减隔震层”保证煤矿采空区地震动力稳定性及地面建筑抗震安全的理念。 （4）建立了煤矿采动损害与地震联合作用下建筑物的动力学运动方程,指出了地震作用下煤矿采动损伤建筑抗震性能劣化致灾的过程,提出了“地下开采充填-地面建筑抗开采沉陷隔震”的保护策略,既能控制煤矿采空区的岩层移动变形,又能实现煤矿采动建筑的抗震抗开采沉陷变形保护。 本项目的研究成果对我国煤炭工业的发展、社会的稳定、生态环境的保护具有重大的现实意义和深远的社会意义。课题组先后在国内外核心期刊已公开发表学术论文34篇,并且EI收录6篇,ISTP收录3篇;授权国家专利1项,培养博士生3名,硕士生8名。