創(chuàng)新點(diǎn)

（1）從鏈?zhǔn)绞Х€(wěn)的源頭出發(fā)，提出了遺留煤柱群的最弱失穩(wěn)致災(zāi)模式，界定了遺留煤柱群體系中關(guān)鍵柱的基本概念。
（2）分析了關(guān)鍵柱的主要特征，研發(fā)了關(guān)鍵柱判別的技術(shù)方法與流程，確定了關(guān)鍵柱判別時(shí)需遵循的四大原則。（3）構(gòu)建了“遺留煤柱群-覆巖”耦合承載體系的多跨連續(xù)梁力學(xué)模型，研究了關(guān)鍵柱局部失穩(wěn)引發(fā)的載荷響應(yīng)特征，揭示了關(guān)鍵柱局部失穩(wěn)誘發(fā)遺留煤柱群鏈?zhǔn)绞Х€(wěn)的機(jī)理，初步形成了遺留煤柱群鏈?zhǔn)绞Х€(wěn)的關(guān)鍵柱理論，并對(duì)其潛在的應(yīng)用范圍與領(lǐng)域進(jìn)行了展望。

 

作者簡(jiǎn)介

 

馮國(guó)瑞，男，1976年7月生，山西陽(yáng)城人，博士，教授，博士生導(dǎo)師，國(guó)家杰出青年科學(xué)基金獲得者、國(guó)家優(yōu)秀青年科學(xué)基金獲得者、國(guó)家“萬(wàn)人計(jì)劃”科技創(chuàng)新領(lǐng)軍人才，太原理工大學(xué)黨委常委、副校長(zhǎng)。先后主持國(guó)家基金聯(lián)合基金重點(diǎn)項(xiàng)目等國(guó)家級(jí)科研項(xiàng)目7項(xiàng)、山西省重大專項(xiàng)等省部級(jí)和企業(yè)委托科研項(xiàng)目20余項(xiàng)，出版著作6部，發(fā)表SCI、EI收錄論文100余篇，授權(quán)國(guó)家發(fā)明專利50余項(xiàng)，獲山西省技術(shù)發(fā)明一等獎(jiǎng)、中國(guó)煤炭工業(yè)科學(xué)技術(shù)一等獎(jiǎng)、中國(guó)職業(yè)安全健康協(xié)會(huì)科技進(jìn)步一等獎(jiǎng)、中國(guó)專利優(yōu)秀獎(jiǎng)、山西省教學(xué)成果特等獎(jiǎng)等省部級(jí)一等以上科研教學(xué)成果獎(jiǎng)7項(xiàng)、二等獎(jiǎng)多項(xiàng)，曾獲得國(guó)家有突出貢獻(xiàn)中青年專家、國(guó)家百千萬(wàn)人才工程人選、國(guó)務(wù)院特殊津貼專家、科技部中青年科技創(chuàng)新領(lǐng)軍人才、教育部新世紀(jì)優(yōu)秀人才、全國(guó)煤炭教學(xué)名師和山西省勞動(dòng)模范等榮譽(yù)稱號(hào)。

研究方向

難采煤炭資源安全綠色開采與災(zāi)害防控

主要成果

發(fā)現(xiàn)了遺煤開采的面接觸塊體梁、擾動(dòng)塊體梁、上控制層-下承載層等巖體結(jié)構(gòu)，揭示了失穩(wěn)臨界條件與機(jī)理，提出了基于巖體結(jié)構(gòu)的遺煤開采可行性的定量判定方法，構(gòu)建了遺留煤柱群鏈?zhǔn)绞Х€(wěn)的關(guān)鍵柱理論；提出了固廢資源化結(jié)構(gòu)充填巖層控制的思路與方法，研發(fā)了結(jié)構(gòu)充填開采技術(shù)，構(gòu)建了結(jié)構(gòu)充填開采“材料開發(fā)-性能優(yōu)化-效果監(jiān)測(cè)”基礎(chǔ)理論與技術(shù)體系；研究了殘采區(qū)瓦斯儲(chǔ)集空間的分布形態(tài)與演化機(jī)制，構(gòu)建了相應(yīng)的空間模型，揭示了瓦斯儲(chǔ)集空間的發(fā)育特性，分析了破碎煤巖體中瓦斯的滲流特性，探究了瓦斯的富集規(guī)律，構(gòu)建了遺煤開采瓦斯地面協(xié)同高效抽采的技術(shù)體系。

 

摘     要

遺留煤柱群鏈?zhǔn)绞Х€(wěn)會(huì)引發(fā)覆巖垮落、地表塌陷、動(dòng)載礦壓、瓦斯外逸或水體下泄等災(zāi)害。揭示遺留煤柱群鏈?zhǔn)绞Х€(wěn)的核心機(jī)理是精準(zhǔn)防控的基本前提。從鏈?zhǔn)绞Х€(wěn)的源頭出發(fā),提出了遺留煤柱群的最弱失穩(wěn)致災(zāi)模式,界定了關(guān)鍵柱的基本概念,分析了關(guān)鍵柱的主要特征,研發(fā)了關(guān)鍵柱判別的技術(shù)方法,揭示了關(guān)鍵柱局部失穩(wěn)的誘災(zāi)機(jī)理,形成了遺留煤柱群鏈?zhǔn)绞Х€(wěn)的關(guān)鍵柱理論,并對(duì)其潛在的應(yīng)用范圍與領(lǐng)域進(jìn)行了展望。研究結(jié)果表明:

（1）遺留煤柱內(nèi)在物理力學(xué)性質(zhì)和外在環(huán)境因素等的差異性,導(dǎo)致采場(chǎng)遺留煤柱群呈現(xiàn)出最弱失穩(wěn)致災(zāi)模式———遺留煤柱群體系中任一失穩(wěn)致災(zāi)模式發(fā)生時(shí),最弱失穩(wěn)致災(zāi)模式必然已經(jīng)發(fā)生,即遺留煤柱群體系發(fā)生鏈?zhǔn)绞Х€(wěn)時(shí),穩(wěn)定性最弱的遺留煤柱必然發(fā)生了失穩(wěn)。

（2）關(guān)鍵柱是指采空區(qū)中最先可能發(fā)生局部失穩(wěn)的遺留煤柱;“ 關(guān)鍵柱” 之所以“ 關(guān)鍵” ,是因?yàn)槲ㄓ胁煽諈^(qū)“ 關(guān)鍵柱” 發(fā)生局部失穩(wěn),鄰近區(qū)域穩(wěn)定性稍強(qiáng)的遺留煤柱的失穩(wěn)破壞才可能被活化,采場(chǎng)遺留煤柱群的鏈?zhǔn)绞Х€(wěn)也才可能發(fā)生。

（3）安全系數(shù)最小的遺留煤柱可以判別為煤柱群體系中的“ 關(guān)鍵柱” ,在進(jìn)行關(guān)鍵柱判別的時(shí)候需要遵循區(qū)域性、相對(duì)性、動(dòng)態(tài)性和復(fù)合性等四大原則。

（4）關(guān)鍵柱局部失穩(wěn)的誘災(zāi)機(jī)理體現(xiàn)在:關(guān)鍵柱載荷的逐漸減小使得最鄰近遺留煤柱承擔(dān)的載荷線性增大,即關(guān)鍵柱的局部失穩(wěn)會(huì)引發(fā)覆巖載荷向最鄰近的遺留煤柱中轉(zhuǎn)移與擴(kuò)散,導(dǎo)致進(jìn)一步的失穩(wěn)破壞,并最終可能引發(fā)遺留煤柱群體系的“ 多米諾” 鏈?zhǔn)绞Х€(wěn)與破壞。

（5）關(guān)鍵柱理論不僅可以應(yīng)用于柱采區(qū)鄰近煤層開采、強(qiáng)礦壓控制、煤柱留設(shè)、充填開采、瓦斯抽采和水害防治等技術(shù)領(lǐng)域,還能推廣應(yīng)用于非煤礦山資源開采礦柱群的失穩(wěn)防控等領(lǐng)域。遺留煤柱群鏈?zhǔn)绞Х€(wěn)關(guān)鍵柱理論的提出有望促進(jìn)我國(guó)煤炭資源綠色開采理論與技術(shù)的發(fā)展。

部分圖片

遺留煤柱群失穩(wěn)引發(fā)的地表塌陷

復(fù)合采空區(qū)遺留群柱-覆巖結(jié)構(gòu)體系示意

上位“遺留群柱-覆巖”承載體系的超靜定力學(xué)模型

上位“遺留群柱-覆巖”承載體系的靜定力學(xué)模型

下位“遺留群柱-覆巖”承載體系的超靜定力學(xué)模型

下位“遺留群柱-覆巖”承載體系的靜定力學(xué)模型

上位“遺留群柱-覆巖”承載體系的簡(jiǎn)化力學(xué)模型

上位結(jié)構(gòu)模型的彎矩

下位“遺留群柱-覆巖”承載體系的簡(jiǎn)化力學(xué)模型

下位結(jié)構(gòu)模型的彎矩

馮國(guó)瑞教授相關(guān)成果1.馮國(guó)瑞,白錦文,史旭東,等. 遺留煤柱群鏈?zhǔn)绞Х€(wěn)的關(guān)鍵柱理論及其應(yīng)用展望[J]. 煤炭學(xué)報(bào),2021,46(1):164-179.2.馮國(guó)瑞,張玉江,戚庭野,等.中國(guó)遺煤開采現(xiàn)狀及研究進(jìn)展[J].煤炭學(xué)報(bào),2020,45(1):151-159.3.馮國(guó)瑞,白錦文,楊文博,等.復(fù)合采動(dòng)損傷對(duì)層間隔水控制層穩(wěn)定性的影響[J].煤炭學(xué)報(bào),2019,44(3):777-785.4.馮國(guó)瑞,杜獻(xiàn)杰,郭育霞,等.結(jié)構(gòu)充填開采基礎(chǔ)理論與地下空間利用構(gòu)想[J].煤炭學(xué)報(bào),2019,44(1):74-84.

來(lái)源：煤炭學(xué)報(bào)