1、973项目研究内容汇报项目研究内容汇报首席科学家：缪 协 兴二二八年十二月七日八年十二月七日立 项 概 况立 项 概 况国家重点基础研究发展计划（国家重点基础研究发展计划（973项目项目2019CB209400）973项目研究内容汇报项目研究内容汇报汇汇 报报 提提 纲纲一、重要立项背景二、关键科学问题三、主要研究内容四、主要研究思路五、主要研究目标973项目研究内容汇报项目研究内容汇报v 煤矿突水造成重特大事故十分严重煤矿突水造成重特大事故十分严重p 我国煤矿生产中的重我国煤矿生产中的重特大事故仍然十分严特大事故仍然十分严重，突水列瓦斯灾害重，突水列瓦斯灾害之后排第二位。之后排第二位。p 我
2、国我国60%的矿区为石的矿区为石碳二叠系含煤地层碳二叠系含煤地层,其中其中80%受到严重的受到严重的突水危险。突水危险。一、重要立项背景一、重要立项背景973项目研究内容汇报项目研究内容汇报v 20002019年间煤矿重特大突水事故统计年间煤矿重特大突水事故统计年份年份事故次数事故次数死亡及失踪人数死亡及失踪人数20009982019381762019933872019924242019612542019104593201938267201938423总计总计4732622一、重要立项背景一、重要立项背景973项目研究内容汇报项目研究内容汇报v 煤矿水灾对企业造成严重的经济损失煤矿水灾对企业造
3、成严重的经济损失p 过去过去20年间，有年间，有250多对矿井被水多对矿井被水淹没，直接经济淹没，直接经济损失高达损失高达350多亿多亿元。突水造成的元。突水造成的煤矿经济损失列煤矿经济损失列各类事故之首。各类事故之首。一、重要立项背景一、重要立项背景973项目研究内容汇报项目研究内容汇报p 近年来，矿井突水近年来，矿井突水灾害呈不断上升趋灾害呈不断上升趋势，近势，近5年所发生的年所发生的矿井突水事故比前矿井突水事故比前10年的总和还多。年的总和还多。p 随着矿井水文地质随着矿井水文地质条件的复杂化，突条件的复杂化，突水事故还会越来越水事故还会越来越严重。严重。v 近年来矿井突水灾害越来越严重
4、近年来矿井突水灾害越来越严重一、重要立项背景一、重要立项背景973项目研究内容汇报项目研究内容汇报p 传统治水忽视了水的传统治水忽视了水的资源性，主要采用资源性，主要采用“排水降压排水降压”、“疏疏干干”等方法。等方法。p 现在，我国每年排出现在，我国每年排出矿井水矿井水60亿亿m3左右，左右，只利用只利用25%左右，造左右，造成矿区水源枯竭、水成矿区水源枯竭、水与生态环境的破坏。与生态环境的破坏。v 树立治水与保水并重的理念树立治水与保水并重的理念一、重要立项背景一、重要立项背景973项目研究内容汇报项目研究内容汇报v 研究不足研究不足p 针对中国煤矿开采面临特别复杂的构造地质针对中国煤矿开
5、采面临特别复杂的构造地质与水文地质条件，例如：奥陶系高承压、强与水文地质条件，例如：奥陶系高承压、强富水岩溶含水层底板，研究不深入。富水岩溶含水层底板，研究不深入。p 采动裂隙场演化规律、采动岩体渗流突变理采动裂隙场演化规律、采动岩体渗流突变理论、预测预报理论等研究不足。论、预测预报理论等研究不足。p 控制矿井突水的水资源保护性采煤理论与方控制矿井突水的水资源保护性采煤理论与方法等研究才起步。法等研究才起步。一、重要立项背景一、重要立项背景973项目研究内容汇报项目研究内容汇报1、矿井突水的含导水构造、矿井突水的含导水构造 地质特征及条件地质特征及条件2、采动岩体结构破坏与裂、采动岩体结构破坏
6、与裂 隙演化及渗流突变规律隙演化及渗流突变规律3、矿井突水预测与控制的、矿井突水预测与控制的 基础理论与方法基础理论与方法拟解决的拟解决的关键科学关键科学问题问题二、关键科学问题二、关键科学问题973项目研究内容汇报项目研究内容汇报v 科学问题科学问题1：矿井突水的含导水构造矿井突水的含导水构造 地质特征与条件地质特征与条件p 我国大部分矿区水文地质与构造地质条我国大部分矿区水文地质与构造地质条件十分复杂，件十分复杂，65%左右的矿井受严重突左右的矿井受严重突水危胁。水危胁。p 现有研究对现有研究对陷落柱陷落柱和和断层断层等导水构造的等导水构造的发育规律、地下水的赋存和运移规律等发育规律、地下
7、水的赋存和运移规律等认识不足。认识不足。二、关键科学问题二、关键科学问题973项目研究内容汇报项目研究内容汇报v 陷落柱突水实例陷落柱突水实例 开滦范各庄煤矿开滦范各庄煤矿2171 工作面发生特工作面发生特大陷落柱突水大陷落柱突水,造成造成全矿被淹，最大突水全矿被淹，最大突水量达量达2053 m3/min，为目前世界上水量最为目前世界上水量最大的突水。大的突水。陷落柱富含水层工作面二、关键科学问题二、关键科学问题973项目研究内容汇报项目研究内容汇报v 科学问题科学问题2：采动岩体结构破坏与裂隙采动岩体结构破坏与裂隙 演化及渗流突变规律演化及渗流突变规律p 采动引起的应力场和裂隙场变化是导通采
8、动引起的应力场和裂隙场变化是导通陷落柱和断层，以及形成新的导水通道陷落柱和断层，以及形成新的导水通道的前提条件。的前提条件。p 渗流突变是突水致灾的根源，现有的基渗流突变是突水致灾的根源，现有的基础研究还不能揭示渗流突变的机理。础研究还不能揭示渗流突变的机理。二、关键科学问题二、关键科学问题973项目研究内容汇报项目研究内容汇报v 采动裂隙直接导通含水层突水实例采动裂隙直接导通含水层突水实例 广东兴宁大广东兴宁大兴煤矿，下层煤兴煤矿，下层煤开采时，采动裂开采时，采动裂隙扩展破坏了上隙扩展破坏了上层煤开采所留设层煤开采所留设的防水煤柱，导的防水煤柱，导致特大突水，死致特大突水，死亡亡123人。人
9、。二、关键科学问题二、关键科学问题973项目研究内容汇报项目研究内容汇报v 科学问题科学问题3：矿井突水预测与控制的：矿井突水预测与控制的 基础理论与方法基础理论与方法p 目前没有建立针对不同突水类型的预测预目前没有建立针对不同突水类型的预测预报理论模型，还不能实现临突预报。报理论模型，还不能实现临突预报。p 传统采煤理论强调了矿井水的灾害性，忽传统采煤理论强调了矿井水的灾害性，忽视了水的资源性，并把水作为灾害的根源视了水的资源性，并把水作为灾害的根源加以处理，加以处理，“疏干疏干”、“排水排水”等矿井防等矿井防治水方法造成大量水资源浪费。治水方法造成大量水资源浪费。二、关键科学问题二、关键科
10、学问题973项目研究内容汇报项目研究内容汇报3 3、矿井突水的预测预报理论、矿井突水的预测预报理论与方法与方法4 4、控制矿井突水的水资源保、控制矿井突水的水资源保护性采煤理论与方法护性采煤理论与方法2 2、采动岩体破裂结构运动及、采动岩体破裂结构运动及渗流突变理论渗流突变理论1 1、矿井突水的水文地质结构、矿井突水的水文地质结构特征及形成条件特征及形成条件重点研重点研究内容究内容三、主要研究内容三、主要研究内容973项目研究内容汇报项目研究内容汇报8个个研研究究课课题题1、矿井突水的水文地质结构模式及形成条件、矿井突水的水文地质结构模式及形成条件 3、采动岩体裂隙演化及隔水关键层的形成条件、
11、采动岩体裂隙演化及隔水关键层的形成条件 6、矿井突水的水量预测理论与方法、矿井突水的水量预测理论与方法 5、矿井突水的危险性评价理论与方法、矿井突水的危险性评价理论与方法 7、突水前兆信息演化规律及实时监测理论、突水前兆信息演化规律及实时监测理论 8、控制矿井突水的水资源保护性采煤理论与方法、控制矿井突水的水资源保护性采煤理论与方法 2、矿井突水的动力学特征及控制因素、矿井突水的动力学特征及控制因素 4、采动岩体渗流规律与突变机理、采动岩体渗流规律与突变机理 三、主要研究内容三、主要研究内容973项目研究内容汇报项目研究内容汇报三、主要研究内容三、主要研究内容课题设置课题编号课题名称课题负责人
12、单 位2019CB209401矿井突水的水文地质结构模式及形成条件孙亚军中国矿业大学2019CB209402矿井突水的动力学特征及控制因素王家臣中国矿业大学（北京）2019CB209403采动岩体裂隙演化及隔水关键层的形成条件许家林中国矿业大学2019CB209404采动岩体渗流规律与突变机理唐春安大连理工大学2019CB209405矿井突水的危险性评价理论与方法孟召平中国矿业大学（北京）2019CB209406矿井突水的水量预测理论与方法刘树才中国矿业大学2019CB209407突水前兆信息演化规律及实时监测理论李术才山东大学2019CB209408控制矿井突水的水资源保护性采煤理论与方法缪
13、协兴中国矿业大学973项目研究内容汇报项目研究内容汇报煤矿突水机理与突水防治理论煤矿突水机理与突水防治理论及工程实践与应用基地建设及工程实践与应用基地建设理理论分析论分析数值数值模拟模拟物理物理模拟模拟现场测试现场测试水文地水文地质学质学工程地工程地质学质学构造地构造地质学质学采矿采矿工程工程地球物地球物理勘探理勘探矿井突水治理与水资源保护矿井突水治理与水资源保护研究对象研究对象研究内容研究内容研究方法研究方法涉及学科涉及学科科学问题科学问题预期成果预期成果矿井突水的含导矿井突水的含导水构造地质特征水构造地质特征及条件及条件采动岩体结构破坏采动岩体结构破坏与裂隙演化及渗流与裂隙演化及渗流突变规
14、律突变规律矿井突水预测与矿井突水预测与控制的基础理论控制的基础理论与方法与方法矿井突水的矿井突水的水文地质结水文地质结构特征及形构特征及形成条件成条件采动岩体破裂采动岩体破裂结构运动及采结构运动及采动岩体渗流突动岩体渗流突变理论变理论矿井突水的矿井突水的预测预报理预测预报理论与方法论与方法控制矿井突控制矿井突水的水资源水的水资源保护性采煤保护性采煤理论与方法理论与方法岩石岩石力学力学渗流渗流理论理论信息信息科学科学安全安全工程工程四、主要研究思路四、主要研究思路973项目研究内容汇报项目研究内容汇报突水水源水源隔水关键层隔水关键层天天然然构构造造采采动动裂裂隙隙突水通道突水通道内容内容1 1地
15、质结地质结构特征构特征与条件与条件内容内容2 2裂隙演裂隙演化与渗化与渗流突变流突变内容内容3 3预测预预测预报理论报理论与方法与方法内容内容4 4控制突控制突水的采水的采煤方法煤方法四、主要研究思路四、主要研究思路973项目研究内容汇报项目研究内容汇报内容内容1 1地质结地质结构特征构特征与条件与条件内容内容2 2裂隙演裂隙演化与渗化与渗流突变流突变内容内容3 3预测预预测预报理论报理论与方法与方法内容内容4 4控制突控制突水的采水的采煤方法煤方法突水水源水源隔水关键层隔水关键层天天然然构构造造采采动动裂裂隙隙突水通道突水通道课题课题8 8保水采煤与保水采煤与煤水共采煤水共采课题课题5 5危
16、险评价理危险评价理论与方法论与方法课题课题6 6水量预测理水量预测理论与方法论与方法课题课题7 7前兆信息与前兆信息与临突预报临突预报课题课题1 1地质结构模地质结构模式及条件式及条件 课题课题2 2地质动力学地质动力学及控制因素及控制因素课题课题3 3隔水关键层隔水关键层与裂隙演化与裂隙演化课题课题4 4采动裂隙渗采动裂隙渗流与突变流与突变四、主要研究思路四、主要研究思路973项目研究内容汇报项目研究内容汇报（1）通过煤矿突水水源、通道和隔水关键）通过煤矿突水水源、通道和隔水关键层的地质结构分析，建立不同含导水地质结构层的地质结构分析，建立不同含导水地质结构的矿井突水模式。的矿井突水模式。（
17、2）通过采动岩体裂隙渗流突变研究，揭）通过采动岩体裂隙渗流突变研究，揭示矿井突水的成灾机理。示矿井突水的成灾机理。（3）通过矿井突水信息演化规律研究，建）通过矿井突水信息演化规律研究，建立突水预报理论。立突水预报理论。（4）基于隔水关键层原理，建立控制煤矿）基于隔水关键层原理，建立控制煤矿突水事故的水资源保护性采煤理论和方法。突水事故的水资源保护性采煤理论和方法。四、主要研究思路四、主要研究思路973项目研究内容汇报项目研究内容汇报 总体目标：总体目标：针对我国目前煤矿开采中突针对我国目前煤矿开采中突水事故的主要特点，以控制大型、特大型矿水事故的主要特点，以控制大型、特大型矿井突水事故为目的，
18、根据不同水文地质及开井突水事故为目的，根据不同水文地质及开采条件下的突水类型，建立相应的矿井突水采条件下的突水类型，建立相应的矿井突水理论模型，研究和掌握形成矿井突水的含水理论模型，研究和掌握形成矿井突水的含水层、通道、隔水关键层等结构特点和演化规层、通道、隔水关键层等结构特点和演化规律，探索矿井突水预测预报的有效方法，建律，探索矿井突水预测预报的有效方法，建立水资源保护性采煤理论，发展完善矿井突立水资源保护性采煤理论，发展完善矿井突水防治的理论体系。水防治的理论体系。五、主要研究目标五、主要研究目标973项目研究内容汇报项目研究内容汇报 本项目紧紧围绕煤矿突水基础研究的本项目紧紧围绕煤矿突水基础研究的3个关键科学问题，开展个关键科学问题，开展4个方面的重点研究，个方面的重点研究，形成形成4个创新点，并将取得一批具有国际影个创新点，并将取得一批具有国际影响的研究成果，培养本领域的优秀科学家响的研究成果，培养本领域的优秀科学家及创新团队，建立具有国际水平的矿井突及创新团队，建立具有国际水平的矿井突水防治研究平台，相关成果要在实践中得水防治研究平台，相关成果要在实践中得到验证和应用。到验证和应用。五、主要研究目标五、主要研究目标973项目研究内容汇报项目研究内容汇报谢谢大家！
