創(chuàng)新點

（1）聚焦遺煤資源綠色開采與采空區(qū)功能提升中圍巖的動態(tài)力學(xué)響應(yīng)問題，圍繞“低頻擾動”與“靜態(tài)預(yù)應(yīng)力”耦合的煤巖動態(tài)力學(xué)響應(yīng)的相關(guān)科學(xué)問題，構(gòu)建了針對“遺煤開采-空間開發(fā)”協(xié)同體系的低頻擾動巖體力學(xué)理論架構(gòu)。

（2）自主搭建了“水-氣-溫”多場動靜載耦合試驗系統(tǒng)，開展了系列擾動荷載作用下煤巖“拉-壓-剪”力學(xué)試驗，量化了擾動荷載參數(shù)、靜態(tài)預(yù)應(yīng)力水平和煤巖動態(tài)力學(xué)特性之間的關(guān)系，構(gòu)建了相關(guān)經(jīng)驗公式與強度演化規(guī)律，并嘗試將其應(yīng)用于遺煤復(fù)采可行性判定和復(fù)采后層間巖層承載能力預(yù)測中，有效拓展了擾動巖體理論的工程應(yīng)用邊界。

（3）量化了高應(yīng)力煤巖失穩(wěn)前擾動荷載循環(huán)周期數(shù)和幅值之間的關(guān)系，提出了低頻擾動下高應(yīng)力煤巖失穩(wěn)的超前預(yù)測判據(jù)；得到了擾動荷載作用下不同靜態(tài)預(yù)應(yīng)力水平砂巖、煤、充填體的強度劣化特性，揭示了煤巖強度劣化和微觀裂紋演化之間的內(nèi)在關(guān)聯(lián)機制。

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遺煤資源綠色開采與采空區(qū)功能提升中的煤巖動態(tài)力學(xué)問題研究與探討

作者：馮國瑞^1,2,3, 文曉澤^1,2, 郭軍^1,2, 韓磊, 白錦文^1,2, 錢瑞鵬, 王凱, 張旭^1,2, 金江, 張小榮

單位：1. 太原理工大學(xué) 礦業(yè)工程學(xué)院; 2. 礦山巖層控制及災(zāi)害防控山西省重點實驗室; 3. 山西能源學(xué)院; 4. 山西焦煤集團(tuán)有限責(zé)任公司; 5. 太原科技大學(xué)安全與應(yīng)急管理工程學(xué)院; 6. 中國煤炭科工集團(tuán)太原研究院有限公司; 7. 山西焦煤西山煤電(集團(tuán))有限責(zé)任公司

引用格式：

馮國瑞，文曉澤，郭軍，等. 遺煤資源綠色開采與采空區(qū)功能提升中的煤巖動態(tài)力學(xué)問題研究與探討[J]. 綠色礦山，2025，3(3)：16?29.FENG Guorui，WEN Xiaoze，GUO Jun，et al. Research and discussion on dynamic mechanics of surrounding rock in green mining of residual coal resources and function improvement of goaf[J]. Journal of Green Mine，2025，3(3)：16?29.

摘要

遺煤資源儲量豐富、賦存廣泛，兼具優(yōu)質(zhì)能源與戰(zhàn)略空間雙重價值?；谶z煤資源綠色開采和采空區(qū)功能提升中的擾動應(yīng)力波來源、傳播衰減和靜態(tài)荷載特征，提出了“低頻擾動+靜態(tài)預(yù)應(yīng)力”耦合的煤巖動態(tài)力學(xué)響應(yīng)科學(xué)問題，構(gòu)建了針對“遺煤開采?空間開發(fā)”協(xié)同體系的低頻擾動巖體力學(xué)理論架構(gòu)，搭建了“水?氣?溫”多場動靜載耦合試驗系統(tǒng)。結(jié)合現(xiàn)有研究，系統(tǒng)開展了擾動荷載作用下煤巖“拉?壓?剪”動態(tài)力學(xué)響應(yīng)特征研究，量化了高應(yīng)力煤巖失穩(wěn)前擾動荷載循環(huán)周期數(shù)和幅值之間的關(guān)系，得到了擾動荷載作用下不同靜態(tài)預(yù)應(yīng)力水平砂巖、煤、充填體的強度劣化特性，提出了低頻擾動下高應(yīng)力煤巖失穩(wěn)的超前預(yù)測判據(jù)，揭示了煤巖強度劣化和微觀裂紋演化之間的內(nèi)在關(guān)聯(lián)機制，推導(dǎo)了考慮低頻擾動效應(yīng)的損傷變量和強度準(zhǔn)則。研究表明，在遺煤開采可行性分析、穩(wěn)定性評價和圍巖動態(tài)失穩(wěn)防控中需要充分考慮采掘擾動的影響。相關(guān)研究成果可以為遺煤資源開采和采空區(qū)功能提升提供科學(xué)指導(dǎo)與決策依據(jù)。受采空區(qū)積水、瓦斯積聚、沖擊礦壓和火區(qū)擴(kuò)展等多元風(fēng)險因素的威脅，遺煤安全綠色開采及采空區(qū)功能提升仍面臨挑戰(zhàn)。擾動巖體力學(xué)理論在“遺煤開采?采空區(qū)功能提升”協(xié)同體系的工程應(yīng)用中，尚需突破以下技術(shù)瓶頸：“水?氣?溫”復(fù)雜環(huán)境下的煤巖擾動力學(xué)響應(yīng)特征尚不明確；多重采動影響下殘采區(qū)圍巖裂隙對擾動損傷的放大效應(yīng)缺乏定量表征；擾動影響下儲碳/負(fù)碳新型充填體及其構(gòu)筑空間的穩(wěn)定運維亟待研究；沉積巖的巖性復(fù)雜，動態(tài)力學(xué)普適性規(guī)律揭示和通用本構(gòu)模型構(gòu)建面臨挑戰(zhàn)。需要在煤礦安全規(guī)范框架下，推動擾動巖體力學(xué)理論在遺煤開采工程中的應(yīng)用，力求實現(xiàn)遺煤資源綠色低碳開發(fā)與采空區(qū)賦能應(yīng)用技術(shù)的突破，助力遺留難采煤炭資源安全綠色高采出率開采關(guān)鍵技術(shù)的發(fā)展和推廣。

部分圖片

圖1 遺煤開采擾動和圍巖應(yīng)力狀態(tài)示意

圖2 井下開采擾動應(yīng)力波監(jiān)測和衰減

圖3 低頻擾動巖體力學(xué)理論架構(gòu)

圖4 “水?氣?溫”多場動靜載耦合電液伺服試驗系統(tǒng)開發(fā)思路

圖5 低頻擾動下完整、裂隙砂巖加載路徑和結(jié)果分析

圖6 擾動荷載作用下砂巖動態(tài)剪切試驗

圖7 擾動荷載作用下煤樣動態(tài)力學(xué)響應(yīng)

圖8 擾動巖體力學(xué)理論在工程應(yīng)用中的技術(shù)挑戰(zhàn)

第一作者

馮國瑞，男，1976年7月生，山西陽城人，博士，二級教授，博士生導(dǎo)師，“科學(xué)探索獎”獲得者，國家青年科學(xué)基金項目（A類）延續(xù)資助項目獲得者、國家杰出青年科學(xué)基金獲得者、國家優(yōu)秀青年科學(xué)基金獲得者、國家“萬人計劃”科技創(chuàng)新領(lǐng)軍人才、國家百千萬人才工程人選?，F(xiàn)任山西能源學(xué)院黨委書記，礦山巖層控制及災(zāi)害防控山西省重點實驗室主任、全國煤炭工業(yè)礦山建設(shè)與支護(hù)專家委員會副主任，《山西煤炭》主編，《綠色礦山》副主編，《煤炭學(xué)報》、《巖石力學(xué)與工程學(xué)報》、《采礦與安全工程學(xué)報》、《采礦與巖層控制工程學(xué)報》、《礦業(yè)科學(xué)學(xué)報》編委。

研究方向

遺留難采煤炭資源綠色開采與災(zāi)害防控

主要成果

主持國家自然科學(xué)基金重點項目、國家自然科學(xué)基金聯(lián)合基金重點項目等國家級科研項目9項、山西省重大專項等省部級和企業(yè)委托科研項目30余項，出版著作7部，發(fā)表論文200余篇，其中SCI、EI收錄180余篇，授權(quán)國家發(fā)明專利150余項，獲山西省技術(shù)發(fā)明一等獎、中國煤炭工業(yè)科學(xué)技術(shù)一等獎、等省部級一等以上科研教學(xué)成果獎10項、二等獎多項，曾獲得國家有突出貢獻(xiàn)中青年專家、國務(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、全國煤炭教學(xué)名師、山西省委聯(lián)系的高級專家、山西省勞動模范、山西省新興產(chǎn)業(yè)領(lǐng)軍人才、山西省科技創(chuàng)新重點團(tuán)隊帶頭人等榮譽稱號。

通訊作者

郭軍，男，1987年生，山西定襄人，博士，副教授，博士生導(dǎo)師。全國煤炭青年科技獎獲得者，三晉英才科技創(chuàng)新領(lǐng)域青年拔尖人才，全國煤炭行業(yè)“遺煤資源科學(xué)開發(fā)”工程研究中心副主任，“遺留煤炭資源綠色低碳開采”中國煤炭工業(yè)科學(xué)技術(shù)創(chuàng)新團(tuán)隊骨干，兼任《采礦與巖層控制工程學(xué)報》特邀編委、《內(nèi)蒙古工業(yè)大學(xué)學(xué)報（自然科學(xué)版）》編委、《綠色礦山》青年編委、《采礦與安全工程學(xué)報》青年編委等。主持國家自然科學(xué)基金面上項目、國家自然科學(xué)基金青年基金項、中國博士后基金面上資助項目等省部級以上項目10項。在國內(nèi)外學(xué)術(shù)期刊和會議期刊發(fā)表論文50余篇。獲山西省技術(shù)進(jìn)步一等獎、山西省技術(shù)發(fā)明一等獎、中國煤炭工業(yè)科學(xué)技術(shù)一等獎、中國專利優(yōu)秀獎等多項獎勵。

策劃丨常明然

責(zé)編丨常明然

編輯丨李莎

審核丨常明然

煤炭科學(xué)研究總院期刊出版公司擁有科技期刊21種。其中，SCI收錄1種，Ei收錄5種、CSCD收錄6種、Scopus收錄7種、中文核心期刊9種、中國科技核心期刊11種、中國科技期刊卓越行動計劃入選期刊4種，是煤炭行業(yè)最重要的科技窗口與學(xué)術(shù)交流陣地，也是行業(yè)最大最權(quán)威的期刊集群。

期刊簡介

為深入貫徹習(xí)近平生態(tài)文明思想，踐行“綠水青山就是金山銀山”理念，搭建綠色礦山建設(shè)領(lǐng)域高端學(xué)術(shù)交流平臺，2023年5月，經(jīng)國家新聞出版署批準(zhǔn)，由中國煤炭科工集團(tuán)主管、煤炭科學(xué)研究總院有限公司主辦的中文科技期刊——《綠色礦山》（Journal of Green Mine）應(yīng)運而生。《綠色礦山》為季刊，國內(nèi)統(tǒng)一連續(xù)出版物號為：CN10-1912/TD，ISSN號：2097-3357，由《綠色礦山》編輯部負(fù)責(zé)策劃、出版、發(fā)行。

刊登范圍

綠色勘查、綠色開采、礦山地下空間利用、綠色選冶、礦山環(huán)境保護(hù)、低碳技術(shù)及節(jié)能減排、數(shù)字礦業(yè)、綠色低碳經(jīng)濟(jì)政策與評價等。

期刊主頁

http://www.lsks.org.cn

投稿網(wǎng)址

https://lsks.cbpt.cnki.net/EditorAN/index.aspx?t=1

聯(lián)系：常明然

電話： 010-87986452

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