1、目 录一、 群体简介 .21.1 群体构成 31.2 成员简介 4二、 项目概况 .112.1 研究方向 112.2 研究内容 112.3 预期目标 132.4 进度安排 142.5 经费计划 16三、 项目进展 .173.1 2003 年度项目进展情况 .173.3 2003 年群体成员获其他项目资助情况 .203.4 2003 年度经费使用情况 .214.1 科研获奖 224.2 专利与软件 224.3 成果鉴定 23五、 2003 年发表论著情况 24四、 2003 国际、国内交流与合作 28五、 研究生培养 .297.1 毕业研究生 297.2 在读研究生 327.3 博士后 37简报
2、 1：创新群体办公会会议纪要 .38简报 2：谢和平创新研究群体科学基金奖励办法 .39简报 3：谢和平创新研究群体通知(2003 年第 1 号) .411一、 群体简介群体学术带头人为谢和平院士，学术顾问为钱鸣高院士和韩德馨院士。研究队伍中有教授 7 人，副教授 6 人，11 人具有博士学位。其中：首届中国青年科学家奖 1 人， “长江学者奖励计划” 特聘教授 2 人，国家杰出青年科学基金获得者 3 人，国家教委跨世纪优秀人才基金获得者 3 人。群体主要从事矿山岩体力学的基础理论、探测方法及工程技术等方面的研究工作，先后承担了国家 973 项目、国家杰出青年基金项目 3 项、国家教委跨世纪优
3、秀人才基金 3 项、国家自然科学基金重点项目、国家技术创新项目和国家九五科技攻关项目等国家级重大项目 28 项，国际合作项目 7 项，一般项目 68 项。进行了系统的科研攻关，组织了各种相关的学术交流会议，联合培养了研究生，取得了一系列重要科研成果，并在实际工程中得到了广泛的应用，为国家创造了显著的经济与社会效益。群体在国内外发表了一系列有重要影响的专著和论文 600 余篇，得到了国内外学术界的关注和好评。论著被 SCI 收录 36 篇、引用 310 次；EI 收录 83 篇。美、英、德、法、日、意大利、波兰等国家的大学多次邀请群体人员前往讲学和进行合作研究。群体的科研成果获得了国家科技进步二
4、等奖 4 项、国家自然科学三等奖 1 项和国家科技进步三等奖 1 项、省部级科技进步特等奖 1 项、一等奖 6 项。群体依托于力学、采矿工程和地质工程三个国家重点学科，拥有教育部和北京市重点实验室。研究方向和内容覆盖了力学、采矿工程、地质工程、岩土工程和物探工程等多学科领域。群体带头人和主要学术骨干的专业领域分布在采矿、力学、地质和岩土工程等方面，已经形成了以基本理论、探测方法和工程技术研究为主体的有机的学术群体。他们的学科专业和特长相互补充，学科布局合理。群体实现了老、中、青相结合，表现出很强的团队合作精神和科研凝聚力。21.1 群体构成序号 姓名性别 出生年月 分工 技术职称 研究方向 工
5、作单位1 谢和平 男 1956.01 首席科学家/全 面负责 院士 矿山岩体力学 与工程 中国矿业大学 四川大学2 韩德馨 男 1919.09 学术顾问 院士 煤矿地质 中国矿业大学3 钱鸣高 男 1932.09 学术顾问 院士 矿山压力 中国矿业大学4 彭苏萍 男 1959.06 学术骨干 教授 工程岩体探测 技术 中国矿业大学5 何满潮 男 1957.05 学术骨干 教授 软岩工程与岩 体力学 中国矿业大学6 鞠 杨 男 1967.05 学术骨干 教授 损伤力学、结 构工程 中国矿业大学7 孟召平 男 1963.08 学术骨干 教授 工程地质 中国矿业大学8 周宏伟 男 1965.01 学
6、术骨干 副教授 采矿工程、岩 石力学 中国矿业大学9 杨瑞召 男 1964.03 群体成员 副教授 地球物理 中国矿业大学10 江玉生 男 1966.07 群体成员 副教授 岩石力学 中国矿业大学11 杨晓杰 男 1969.03 群体成员 副教授 软岩工程 中国矿业大学12 张瑞新 男 1964.12 群体成员 教授 计算机应用 中国矿业大学13 秦跃平 男 1964.01 群体成员 教授 矿山安全工程 中国矿业大学31.2 成员简介学术带头人简介：谢和平，教授，中共党员，中国工程院院士，中国矿业大学岩石力学与分形研究所所长。1956 年 1 月出生于湖南省双峰县，1978-1987 年在中国
7、矿业大学力学专业读本科、研究生，获硕士、博士学位。曾任中国矿业大学校长、北京校区校长、党委副书记，现任四川大学校长。谢和平院士是国务院学科评议组成员，国家重点学科“ 工程力学 “学术带头人，力学学科博士生导师。是中国岩石力学与工程学会副理事长、中国煤炭学会副理事长、中国煤炭工业协会副会长、中国力学学会理事、中国科协委员。兼任力学学报 、 岩土工程学报等 10 余种科学刊物的主编或编委。谢和平院士长期致力于矿山岩体力学与工程研究和实践，于 80 年代初在我国最早建立了矿山裂隙岩体宏观损伤力学模型，研究其自然性状及导致灾害性事故发生的机理和过程，开拓了矿山裂隙岩体损伤力学研究新领域，成功预测了采动
8、围岩的损伤大变形和蠕变稳定过程，并应用于深部巷道大变形预测、蠕变分析及其相关的巷道支护设计等重要工程领域。1985 年起，他创造性地引入分形方法对裂隙岩体进行非连续变形、强度和断裂破坏的研究，形成了矿山裂隙岩体非连续行为分形研究的新方向，并与损伤力学相结合在岩爆、地表沉陷、顶煤破碎块度控制等重要矿山工程应用中获得成功，取得了显著的经济效益和社会效益。谢和平院士的成果集中体现在他的岩石混凝土损伤力学 、 FRACTAL IN ROCK MECHANICS 等 3 本中英文专著、200 余篇论文及有关工程实践中，成果被 SCI 收录 36 篇、引用 310 余次，EI 收录 83 篇，CSCD 和
9、 CSTPC 引用 346 次。他的科研成果 1995 年获国家自然科学三等奖 1 项，1999 年获国家科技进步三等奖1 项，2000 年获国家科技进步二等奖 1 项。获煤炭部、教育部等省部级二等以上奖励 5 项（均为第一获奖人） 。他先后培养出了博士、博士后 16 名。并多次应邀到国外讲学与合作研究，1991 年被美国犹他大学聘为客座教授，为该校正式开设两门课程。1992.10-1993.8 被聘为英国皇家学会客座研究员和英国南安普敦大学客座教授。1994 年和 1996 年应邀为客座教授赴德国汉诺威大学讲学。1993、1997 和 1999 年三次应邀为客座教授赴波兰西里西亚工业大学讲学
10、与合作研究。4谢和平院士先后获得多项学术奖励和荣誉称号，1990 年被授予“煤炭系统优秀青年知识分子标兵”称号。1991 年被国务院、国家教委授予“ 有突出贡献的中国博士”称号，同年被国务院批准享受政府特殊津贴。1992 年被评为 “国家级有突出贡献的中青年专家” ，同年获“中国青年科技奖 ”。1993 年获首届“中国青年科学家奖（技术科学） ”，为全国 6 名获奖者之一；并获“ 霍英东优秀青年教师奖（研究类） ”。1994 年成为首批国家教委“跨世纪优秀人才专项基金” 资助的专家。 1995 年又成为首批“国家杰出青年科学基金”资助的专家。1996 年进入国家七部委“ 百千万人才工程”第一、
11、二层次。1997 年成为江苏省“333 跨世纪工程” 第一层次培养对象，并被国家人事部、国家教委授予“ 优秀留学回国人员” 称号，2001 年获孙越崎能源大奖，并当选中国工程院院士，2002 年成为国家 973 项目首席科学家，2003 年成为国家自然科学基金委创新研究群体首席科学家。学术顾问简介钱鸣高，70岁，教授，博士生导师，中国工程院院士，全国采矿重点学科中国矿业大学学科带头人，国内矿山压力及其控制学科的主要奠基者和开拓者之一。他在采场矿山压力领域形成了系统而又全面的学说，创立了以采场上覆岩层活动规律和“支架围岩 ”系统控制为核心的工程理论体系，提出的采场上覆岩层“砌体梁”结构以及老顶岩
12、层破断规律及在岩体中引起扰动的理论为国内外所公认，并产生很大的影响。该学说被录入中国大百科全书矿治卷“长壁工作面地压” 条目，且作为基本理论编入了教科书，为高等矿业院校广泛采用，并由英国 B.G.D.Smart 教授专门撰文介绍及国内外有关学者所引用。上述科研成果获国家教委理论成果二等奖及国家自然科学成果三等奖。他在研究直接顶稳定性理论及采场“支架围岩” 系统监控原理的基础上开发完成集“ 围岩运动预测、支架选择设计和采场矿压监控” 为一体的实用工程技术，在全国大部分煤矿综采面和普采面得到推广应用，取得了巨大的经济效益和社会效益，1996年获国家科技进步三等奖。他与陈炎光主编的“中国煤矿采场围岩
13、控制”获第七届优秀科技图书二等奖，江苏省科技进步二等奖，1998年获国家科技进步三等奖，他共获国家奖三项，省部级奖14项。钱鸣高教授出版著作10部，其中“矿山压力及其控制 ”与 “采煤学”获国家高等学校优秀教材奖，发表论文 120余篇，同时还承担着国家及省、部级重点科研项目18个。在本学术群体中，负责对项目的指导。5韩德馨，83岁，教授，博士生导师，中国工程院院士。1942年西南联大地质地理气象系毕业，19431945年在西南联大作研究生，后赴美留学，在密歇根大学研究生院毕业。1950年回国，历任中国矿业学院煤田地质教研室主任、系副主任、院学术委员会副主任，中国矿业大学教授，国家重点学科煤田地
14、质勘探学术带头人；国务院学位委员会学科评议组成员，煤炭部技术委员会委员，国家科委发明奖委员会评审委员，中国煤炭学会泥炭专业委员会主任，中国矿岩地球化学学会常务理事。长期从事能源矿产资源、含煤岩系沉积环境及聚煤规律、煤岩学及煤地球化学的研究与教学。50年代参与创建中国第一个煤田地质系，率先采用多学科方法对含煤岩系进行研究及资源评价，获煤炭部奖励，参与全国重要煤矿设计论证、矿井开发及地质灾害防治工程，取得出色成绩，出席北京市群英会，组织及指导全国煤田预测江南九省构造控煤及找煤研究，发现了隐伏煤田，作出重要贡献，获得煤炭部二等奖。近年主持特殊煤种煤岩学及地球化学研究，阐明了中国煤中微量元素五种类型及
15、迁移规律和角质残植煤的地球化学特征，首次提出中国泥盆纪聚煤模式及聚煤作用演变观点，拓宽了寻找矿产资源的领域。1978年主编“中国煤田地质学” ，该书获1981年全国优秀科技图书奖、煤炭部1988年优秀教材一等奖、国家教委1989年高校优秀教材特等奖。近又完成“中国煤岩学” 。共有专著 5部(合著)，发表论文多篇。国务院授予有贡献早期回国专家荣誉，还曾被评为煤炭部先进工作者。在本学术群体中负责对项目的指导。学术骨干简介彭苏萍，1959年6月出生，博士，现任中国矿业大学资源开发工程系教授、博导，国家“长江学者奖励计划 ”特聘教授，主要从事煤矿安全地质保障系统的研究。在长期的科研工作中，他负责了3项
16、国家自然科学基金项目、1项国家自然科学基金仪器专项、2项国家“97”项目子专题、 1项国家高技术产业化项目、 1项国家技术创新项目、2项国家“九五 ”科技攻关项目专题、 1项中美合作项目及数十项省部级和企业科研项目。在已完成的科研项目中，1项获国家科技进步二等奖（排名第一） ，3项省部级科技进步二等奖（排名均为第一） ，4项省部级科技进步三等奖（3项排名第一，1项排名第二） 。发表论文70余篇，完成专著3部，其中有17篇被中国科学引文数据库收录，18篇被EI 、SCI和ISTP收录。研究项目被科技部列为99年国家科研项目重点推6广计划（矿业科学唯一推广项目） 。该同志1993年被选拔为国家首批
17、优秀中青年科技人员（100人）并到美国进行合作研究2年。1997年被选为煤炭工业部学术带头人。2000年入选人事部、教育部等七部委“百千万人才工程” 的第一、二层次并获国家杰出人才基金和教育部跨世纪优秀人才专项基金。他是国家煤炭工业技术委员会最年轻的委员并担任中国煤炭学会常务理事、中国煤炭学会矿井地质专业委员会的主任、中国科学 、 科学通报等11个学术刊物的评稿人和编委。培养了32名博士和19名硕士。目前承担了国家“973”专题（100万） 、国家高技术产业化项目（2400万）和国家技术创新项目（4200万）等30余项科研项目。何满潮，1956 年 5 月出生，1989 年毕业于中国矿业大学北
18、京研究生部工程力学系，获博士学位。现任中国矿业大学教授、博士生导师，岩土工程研究所所长，中国地质大学(北京) 特聘教授。兼任中国岩石力学与工程学会常务理事，中国岩石力学与工程学会软岩工程专业委员会主任、中日地层环境力学校际研究中心常务主任、煤矿软岩工程技术研究推广中心主任、中国土木工程学会防护工程学会理事、中国人民解放军总参工程兵科研三所科技顾问以及国际岩石力学学会(ISRM)中国小组成员、国际环境与工程地质协会(IEGA)学会会员。主要从事岩石力学理论与工程、软岩巷道工程、边坡工程、地热工程等方面的研究工作。何满潮教授针对巷道工程中事故率最高的软岩巷道工程和软岩边坡工程中发生的滑坡灾害，20
19、 年来潜心于软岩巷道和软岩边坡工程等方面的研究。通过大量的理论与实践研究，找出了软岩巷道 13 种变形力学机制及其支护力学对策，解决了软岩复合型变形机制转化为单一型的关键技术，建立了软岩大变形力学设计方法，形成了软岩工程力学理论体系；修正了国际公认的 Sarma 公式，解决了复杂岩体结构和非齐次边界条件的软岩边坡稳态评价关键技术。成果在煤炭、水电、国防等 31 项工程中应用，其中救活了 2 个因软岩问题而停产的矿井，改进了安太堡露天矿美国公司的总体边坡设计，终止了加拿大公司在抚顺西露天矿北帮边坡工程的错误设计，取得了显著的经济和社会效益，为软岩工程领域的科技进步作出了重要贡献。为解决城市能源污
20、染，在地热工程方面，提出并实施了地表地下工程一体化设计新方法，解决了贫热地区多源联动供热及深部地层储能反季节循环利用等关键技术。成果共获国家、省部级科技进步奖 10 项，其中国家二等奖 2 项、省部级一等奖3 项、二等奖 1 项，均为第一获奖人；获国家发明专利 1 项，实用新型专利 10 项；出版专著 3 部，发表论文 98 篇，被国内外检索 101 篇次，其中：EI 收录 20 篇，7ISTP 收录 9 篇， CSCD 收录引用 31 篇次，CSTPC 引用 35 篇次；迄今共培养博士生46 名，已毕业获博士学位 22 名；硕士生 11 名，已毕业获硕士学位 7 名；博士后 10名，已出站
21、7 名。个人先后荣获 IET 青年教师奖、中国科教基金孙越崎教育基金奖、国家杰出青年基金、国家教委跨世纪优秀人才基金、煤炭部专业技术拔尖人才，是国务院政府特殊津贴专家、国家七部委百千万人才工程一二层次专家、江苏省 333工程第一层次专家和国家级中青年有突出贡献专家。鞠 杨，1967年5月出生，博士，教授。1992年3月和1995年10月毕业于哈尔滨工业大学建筑工程学院（原哈尔滨建筑工程学院）结构工程专业，分获硕士和博士学位。1995.111997.9于中国矿业大学北京校区工程力学博士后流动站作博士后，1997年10月出站留校任教。1997年10月1997年12月和2001年10月2001年12
22、月应邀赴波兰Silesia工业大学作访问学者。现任中国矿业大学北京市岩石混凝土破坏力学重点实验室副主任、岩石力学与分形研究所副所长。主要从事土木工程领域内的混凝土结构、工程力学、复合材料损伤力学与应用等方面的研究工作，在土木工程学报 、 力学学报 、 工程力学 、 实验力学 、 Civil. Engng. Sys.等国内外核心刊物上发表研究论文30余篇，论文被SCI、EI收录13篇，并被他人引用多次。主持完成1项国家自然科学基金项目、1项煤炭科学基金项目和1项中国博士后科学基金项目。作为主要完成人完成了国家杰出青年科学基金、国家教委跨世纪优秀人才基金项目等国家级重大科研项目6项。目前作为课题负
23、责人承担国家973项目一级课题1项，作为骨干承担国家自然科学基金项目、教育部博士点基金项目和中波国际合作项目等4项。获2001年中国高校自然科学一等奖（第二获奖人） 、2000年中国煤炭青年科技奖、1998年教育部科技进步奖二等奖（第二获奖人） 。孟召平，1963年8月出生，博士，教授，博士生导师，1983年大学毕业后分配到煤炭科学研究总院西安分院从事矿井地质和地下工程地质研究工作，1994年10月晋升为高级工程师，1996年9月考入中国矿业大学（北京）矿产普查与勘探专业攻读博士学位，研究方向为地下工程地质，1999年6月博士毕业后留校在资源与地球科学系工作，2001年12月晋升为教授和博士生
24、导师。主要从事工程地质、岩石（体）力学和煤、油气地质的教学与科研工作。先后主持和参加完成国家和部重点攻关等科研课题12项，曾获得国家科技进步二等奖1项，煤炭部特等奖1项和省部级科技进步奖6项，2002年度全国百篇优秀博士学位论文获得者。完成专著1部，发表论文40余篇。周宏伟，1965年1月出生，博士，副教授，1998年毕业于中国矿业大学北京校区。81998年12月-2000年9月，中国矿业大学北京校区博士后，2000年12月起任中国矿业大学北京校区工程力学副教授。曾于1999年1月-5月被波兰西里西亚工业大学聘为客座研究员，2000年12月-2001年3月被香港大学聘为附属研究员。 岩土工程学
25、报 、固体力学学报 、 防灾减灾工程学报审稿人。长期从事工程力学、岩石力学、渗流力学研究。2002年获得973项目资助973项目“灾害环境下重大工程安全性的基础研究”第一课题 (批准号： 2002CB412701)，2002-2007。2003年获国家自然科学基金资助(批准号：10372112)，2003年获教育部“ 优秀青年教师资助计划” 资助(批准号：2003-122)。研究成果曾获2001年度中国高校自然科学一等奖(排名第3)。在Transport in Porous Media 、 Surface Review and Letters等国内外重要学术刊物和会议文集上发表论文45篇，以第
26、一作者发表的文章被SCI收录3篇，EI收录7篇，ISTP收录1篇。群体成员简介杨瑞召，1964年3月出生，副教授，博士，负责复杂岩体动态力学特性测试。1986年毕业于成都地质学院工程地质专业，后在中国地质大学（北京）攻读地球物理专业博士学位。毕业后在新星石油公司任地震资料处理中心副研究员，副主任。1999年到中国矿业大学，现任副教授，实验室副主任。曾获省部级科技进步奖3项。目前承担了7项科研项目。江玉生，1966年7月出生，副教授，博士。19831994年，在中国矿业大学矿山建筑系学习，先后获得了学士、硕士、博士学位。1995年进入中国矿业大学（北京校区）岩土工程研究所，师从何满潮教授，进行软
27、岩工程力学的博士后研究工作。近年来，发表学术论文18篇，获省部级科技进步一等奖1项。杨晓杰，1969年3月出生，副教授，博士。19861990年在山东矿院地质系学习，获取了学士学位，19901996年在中国矿业大学地质系学习，先后获硕士学位和博士学位，1996毕业后进入岩土工程研究所，协助何满潮教授进行软岩膨胀性矿物微观实验研究工作。发表学术论文12篇，获得国家科技进步二等奖1项、教育部科技进步三等奖1项。负责软岩物理化学特性测试。张瑞新，1964年12月出生，教授、博士、博士生导师。1995-1996在印尼PT BUKIT SUNUR矿业公司担任技术专家一年；1997-1999 在英国诺丁汉
28、大学以国家公派高级访身学者身份和博士后身份从事合作研究一年半；曾担任北京校区“信息处理9与研究中心” 主任，主持高性能科学计算与虚拟工程数值模拟研究与技术服务等工作。现兼任国家安全生产监督管理局通信信息中心主任助理，负责信息化建设与管理工作。1994年获得政府特殊津贴，1997获得孙越崎青年科技奖，1997年成为中国矿业大学采矿工程国家重点学科后备学术带头人。担任中国煤炭学会露天开采专业委员会和煤矿系统专业委员会委员，中国煤炭技术委员会露天开采专业委员会委员。秦跃平，1964年1月27日出生，1986年7月毕业于中国矿业学院北京研究生部，获硕士学位，1994年1月晋升为副教授，2000年1月晋
29、升为教授，2003年毕业于中国矿业大学（北京校区）获博士学位。现从事矿井安全技术及工程专业的教学与科研工作。研究方向为矿井降温、煤岩损伤力学、瓦斯防治、矿井通风。编著出版专著3部，发表学术论文30余篇，完成国家自然科学基金项目三项、国家“七五”科技攻关项目一项，科研成果获省部级科技进步奖两项，2001年获孙越崎青年科技奖。担任中国煤炭工业劳动保护科学技术学会理事。10二、 项目概况2.1 研究方向创新研究群体将针对深部开采的相关基础理论与技术难题，以群体长期科学研究与合作中自然形成的“ 矿山岩体力学的基础理论与应用研究” 、 “矿山岩体精细结构探测方法研究” 和“ 矿山岩体工程支护理论与技术研
30、究” 等三个紧密联系又各具特色的研究方向为依托，拟开展“深部开采条件下工程岩体的力学行为及灾害的探测、防治与对策”。我国经济建设中 95%的能源和 80%以上的工业原料来自于矿产资源，预计今后30 年，将是中国历史上最大、最集中需求矿产品的时期。为满足社会与经济发展日益增长的需求，随着矿山工程技术体系的进步与完善，资源开采不断地向深部发展。然而，随着采深的逐年增加，水压、地压、地温也相应增加，致使开采难度加大，井巷失稳、瓦斯突出、冲击地压等灾害事故时有发生，使矿山正常生产日益受到严重威胁，作业环境恶化、通风降温和生产成本急剧增加，为深部资源开采提出了严重的挑战。学术群体将组织进行多层次多学科交
31、叉，采用高新技术手段，进行系统的探索和攻关，既要在现有研究基础和相应的实验手段基础上，充分重视、总结、提高、发展现有的研究成果，同时更重要的是学习和发展新的理论，引入新的思维和研究方法，打破常规，开展深部资源开采的创新研究，形成我国深部资源开采科学问题的原创性研究成果和理论体系，为解决矿山工程灾害的科学预测及控制等重大的科学和工程问题提供了理论基础和实践经验。2.2 研究内容煤炭是我国工业和国民经济发展的主要能源。目前我国浅部煤炭资源因持续开采已大为减少，矿井的开采深度越来越深。我国的煤炭资源埋深在 1000m 以下的为 2.95 万亿吨，占煤炭资源总量的 53%。1980 国内煤矿开采的平均
32、深度为 288米，20 世纪末已经近 500 米，目前煤矿开采深度以每年 8-12m 的速度增加，预计在未来 20 年我国很多煤矿将进入到 1000m 到 1500m 的深度。深部矿物资源（包11括煤炭和其它矿物）的开发和生产是我国采矿工业今后的发展趋势。解决深部煤炭等矿产资源开发所遇到的一系列科学和技术问题已成为我国矿业界的重大理论和技术课题。针对目前状况，本项目主要开展“深部开采条件下工程岩体的力学行为及灾害的探测、防治与对策”研究。具体包括以下内容：1) 深部开采条件下岩体变形破坏规律、强度、本构关系及其物理机制研究高地应力、高温和高渗透压（三高条件）下，岩体的变形破坏规律、强度、本构关
33、系及其物理机制。重点是“三高” 条件下岩石体的热力学特征、热损伤演化规律、流固耦合特征、强度理论和本构关系。借助先进的岩石三轴实验系统模拟岩石在深部开采条件下的应力条件，研究“三高” 条件下岩石强度、变形、断裂力学性质和本构关系。借助 SEM 高温伺服疲劳实验系统，通过实验和理论研究“三高”条件下岩石力学行为的细观组织结构、缺陷的演化模式，查清深部条件下岩石脆性延性转化的物理力学机制。2) 深部开采条件下岩体灾害性事故的特征描述、破坏过程与防治对策(1) 研究裂隙岩体中节理、断层形态生成和模拟的分形方法。研究分形表面形态的维数定理，改进现有的表面测试手段，对断裂表面形态进行各向异性的系统测试来
34、验证理论成果，提高节理和断层表面形态生成和模拟的精度。(2) 系统研究深层开采动力破坏现象的物理力学机理和过程。3) 深部煤炭开发地质安全保障系统依据瓦斯地质理论，运用先进的地震探测技术，研究东部典型矿区瓦斯突出煤体的结构和发育规律，探测地质构造的空间形态和分布规律，以及与瓦斯突出分区的关系，形成一套煤与瓦斯突出预测的地震探测技术与方法。主要包括：(1) 深部瓦斯地质条件研究：研究矿区含煤地层演化历史和构造变形特征，研究矿区的区域地质特征和瓦斯突出煤体的形成和发育规律，研究矿区瓦斯生成、运移、聚集及突出的变化规律。剖析地质条件对煤与瓦斯突出的控制机理，建立研究煤系岩性组合、煤的变质程度、区域地
35、质构造、矿井地质构造、煤厚及其变化、煤体结构和地应力等地质因素与瓦斯赋存及突出的关系。(2) 瓦斯富集部位的地震探测方法与技术研究：利用地震资料与瓦斯突出及影响瓦斯突出的敏感地质地球物理指标之间的关系，研究地震探测瓦斯富集部位的技术与方法，并在典型采区和工作面验证。12(3) 煤田深部地质状况高分辨三维地震及三维三分量地震勘探技术研究：研究煤系地层地球物理响应特征及煤田三维地震勘探的广义地震射线路径积分理论，以淮南矿区为基础建立煤田采区三维地震勘探基本地学模型，定量勘测构造和瓦斯突出煤体的形态和空间分布规律，研究三维三分量地震勘探的野外施工、资料处理与解释流程，进行岩性解释、测定地层各向异性、
36、查找裂隙发育带、检测裂隙的走向和密度，圈定煤层厚度及其瓦斯富集范围。4) 软岩工程力学基本理论与软岩巷道支护新技术研究(1) 深部软岩巷道大变形设计理论：从细/微观尺度上系统研究深部软岩巷道大变形的物理力学本质，探讨与大变形、强流变性质相适应的软岩巷道(与硐室)支护设计新理论；(2) 深部软岩巷道支护设计非线性理论：研究深部软岩进入塑性变形状态后与支护体相互作用、从而达到二次稳定的力学机理。以地质演化与构造应力场为背景，研究因开挖卸荷引起的软岩体结构损伤累积演化过程，以及这种损伤非线性行为对软岩体的工程稳定性的影响，从而进一步探讨与之相适应的深部软岩支护新理论；(3) 基于软岩大变形和非线性力
37、学行为的深部软岩巷道(与硐室)支护新技术：根据上述两个方面的支护设计新理念，结合材料科学发展趋势，探索与深部软岩物理力学行为相匹配的支护设计新技术与新工艺。2.3 预期目标1) 基于损伤力学、非平衡统计力学、材料物理、分形几何等理论，建立深部开采条件下（“三高 ”条件）岩体力学分析的理论框架。发展一套非规则网格下岩体节理或断层形态生成和模拟的分形插值理论与方法。提出深部开采条件下岩体工程灾害的预测预报与防治理论。2) 查清深部开采条件下的构造应力场、煤层中瓦斯、深部岩溶水的赋存和运动规律、突出机理及高应力场条件下井巷围岩变形破坏机理。建立和完善以采区三维地震勘探为代表的煤田深部地质状况探测技术
38、与理论。3) 结合微观、细观和宏观力学分析，提出软岩巷道工程稳定性的控制理论、设计13方法与控制技术。2.4 进度安排第一阶段：2003 年 1 月2003 年 12 月1) 调研和查阅资料；2) 开展高围压、高温和高渗透压条件下岩石体的宏观力学实验，研究岩石在上述“三高”条件下的热力学特征、热损伤演化规律、流固耦合特性及其对岩石体变形破坏、强度和本构关系的影响；推导分形表面形态的维数定理，提出节理或断层形态生成和模拟的分形插值理论。详细研究深部开采条件下岩体灾害性事故的特征、破坏过程及其定量描述方法。3) 研究岩溶发育规律和岩溶水动力学特征：奥陶系灰岩岩溶含水层深部地下水循环条件，陷落柱发育
39、形成机理、分布规律等；采动岩体结构与地下水运移关系的研究：重点研究煤层底板岩体工程地质综合特征，采动后的水岩耦合作用机理，采动裂隙网络生成及地下水渗流机理及煤层底板岩体导高的分布规律；深部开采的突水机理：深部岩溶水流突水特征和规律，深部突水与岩体结构、地应力和采动效应之间的关系，渗排平衡与矿区水资源变迁的系统作用机制。4) 从微观尺度上揭示软岩成份、微组构对其力学性能的影响机理。从细观尺度上探讨不同矿物成份、结构对其本身强度、变形性质及参数的量化影响。第二阶段：2004 年 1 月2004 年 12 月1) 建立表征深部条件（“三高” 条件）下岩石变形破坏过程、强度和本构关系的力学模型；通过实
40、验系统地研究断裂表面的各向异性性质，验证分形插值理论和插值模型，提高节理和断层表面形态生成和模拟的精度；借助 SEM 高温伺服疲劳实验，研究“ 三高” 条件下岩石体力学行为的细观组织结构、缺陷的演化模式，查清“三高 ”条件下岩石脆性 延性变化的特征及其物理力学机制。2) 开展部典型煤矿区地应力场特征的研究；探讨深层开挖条件下巷道和采场应力场分布特征及演化模式；研究构造应力对巷道围岩活动规律的影响机理；研究现代应力场条件下井巷支护构筑物与围岩运动耦合作用机理。3) 从宏观尺度上研究不同地质历史时期不同构造应力场作用下，软岩岩体所产生的结构构造的损伤演化过程，以及这种非线性损伤大变形过程对软岩岩体
41、的工14程稳定特性的影响；结合微观、细观和宏观研究，综合分析软岩复合地质材料的力学性特点、受力损伤非线性大变形机理及其对工程稳态影响规律。第三阶段：20005 年 1 月2005 年 12 月1) 综合运用损伤力学、非平衡统计力学、材料物理、分形几何等理论方法，建立深部高温高应力条件下岩体力学分析的理论框架。提出深部开采条件下工程灾害的判据、预测预报理论、防治措施与防治对策。2) 研究煤系地层地球物理响应特征；广义地震射线路径积分理论及原理； 幅值瞬态变化显示方法；煤田三维地震勘探基本地学模型；煤田三维三分量勘探各向异性反演模型。提出煤田深部地质状况高分辨三维地震探测基本理论及技术。3) 结合
42、微观、细观和宏观研究结果，提出软岩巷道工程稳定性控制的力学方法，通过现场试验，研究并提出软岩巷道工程的设计理论与方法。4) 提交研究总结报告，进行汇报答辩。152.5 经费计划支 出 科 目 金 额（万元） 计 算 根 据 及 理 由1. 合 计 3601) 科研业务费 189 实验费： 90 万元调研费（包括差旅费）： 30 万元科研资料费： 5 万元科研成果发表、出版费： 12 万元会议费： 18 万元网站与简报： 10 万元房屋占用与燃气动力费： 9 万元日常运转与耗材： 15 万元2) 实验材料费 31 试件取样费： 10 万元试件加工、制作费： 5 万元实验消耗材料费： 16 万元3
43、) 仪器设备费 32 环向应变计： 20 万元附属实验器械： 8 万元实验耗材费： 4 万元4) 实验室改装费 15 实验室基础建设和改造费： 15 万元5) 协作费 48 项目实施管理费，按总经费的 5%计算：18 万元现场合作费： 30 万元6) 国际合作费 45 10 人次出国合作研究费与参加国际会议： 25 万元8 人次来华讲学与合作研究： 20 万元16三、 项目进展3.1 2003 年度项目进展情况经过一年的研究，取得了如下进展：1. 岩石高温高压下力学性能实验研究：以深部资源开采、核废料处置、地热开发等工程为背景，系统总结了国内外在该领域的研究进展；完成了取样和试件加工工作，设计
44、了详细的实验方案，并完成了岩石在高温条件下细观实验，提出了细观结构描述方法；2. 以煤矿现场项目为依托，开展现场应用研究：在全国范围内选取了三个煤矿作为试验点，与河南省平顶山煤业集团公司合作开展“平煤集团深部开采关键技术研究” ，该项目突出深部高地应力条件下的巷道支护问题；同时进行“平顶山十矿矿井主要灾害风险性综合评价” ，突出瓦斯、煤自燃和支护灾害的预防性技术研究；与河南省鹤壁煤业集团公司合作开展“鹤壁矿区深部煤层开采方法论证与安全措施研究” ，该项目突出深部高瓦斯煤层的开采问题；与甘肃省靖 远 煤业 有 限 责 任 公 司 合 作 开 展 “大倾角特厚煤层综放开采关键技术研究” ，该项目突
45、出大采深急斜厚煤层综放开采关键技术的研究。目前这些项目正在正常进行中；3. 在第三系软岩物理力学特性研究方面，对第三系软岩进行了物相分析、岩石粒度分析、岩石孔容及孔分布测试仪及第三系软岩热物理特性、热化学参数测试，为第三系热储回灌研究奠定了基础；4. 在节理化软岩物理力学特性研究方面，为了评价节理化软岩的冻融特性，进行了低温下的岩石冻融试验(冻结温度-36.20C，18 次冻融循环)。测试结果显示：多次冻融循环后，岩石的细小裂隙有一定扩展，单轴抗压强度和质量均有小幅下降，冻融对岩石的工程特性有影响，但影响不大。5. 在湿陷性黄土物理力学特性研究方面，通过对湿陷性黄土常规物理、化学试验(包括：天
46、然容重、天然含水量、土粒密度、液限、塑限、渗透试验、可溶盐含量测定、有机质含量测定、湿陷性试验、直剪试验等)、扫描电镜试验、X 光衍射试验、表面原子力显微试验和大尺寸真三轴压缩试验以及非饱和土三轴试验等方面的试验研究，建立了太原卫星发射中心地区湿陷性黄土的基本物理力学17参数体系，为该地区国防工程的建设和加固设计提供了可靠的基础参数，为下一步研究该区湿陷性黄土的湿陷机理、变形破坏力学机制以及湿陷性加固治理措施的研究打下了坚实的基础；6. 在深部巷道围岩稳定性控制研究方面，结合兖州煤业股份有限公司南屯煤矿“深部松软厚煤层沿空掘巷围岩稳定性控制技术研究”项目，开展了详细的现场工程地质调查，并针对具
47、体工程条件，具体研究、分析了深部松软厚煤层沿空掘巷围岩变形破坏规律及其巷道围岩应力分布特征，提出了深部松软厚煤层锚网索预留柔层支护、锚网索刚隙柔层支护等支护技术。目前，所提出的设计方案正在现场实施，效果良好；7. 在节理化软岩双向聚能拉张爆破成型技术研究方面，采用数值模拟手段，对不同成型角度的拉张效应进行了研究，具体分析了拉张成型效果，应力分布及变形破坏特征，为进一步改进和完善节理化软岩双向聚能拉张爆破成型技术奠定了基础；8. 采用热力学和损伤力学的方法，研究了准静态和动态损伤过程。主要研究内容有：分析并定义了损伤变量，建立了损伤过程的能量方程，分析了损伤过程不可逆的本质。采用轴向应变率和环向
48、应变率两种控制方法，进行了单调加载和反复加载的单轴和三轴压缩试验。确定了煤岩的应力与应变为幂函数关系，通过煤孔隙分布的分形性质解释了煤岩非线性弹性性质。研究了煤岩弹性模量、塑性应变以及残余应力与损伤关系。根据能量方程，确定了单轴压缩和三轴压缩准静态过程的煤岩损伤演化方程。研究了煤岩裂隙分布分形特性而引起的损伤耗能率与尺度之间的关系，解释了煤岩强度的尺度效应。建立了实际动态加载过程的损伤演化微分方程，使流变现象的数学模型得到了统一。对损伤演化方程和本构方程进行了无因次分析，确定了影响强度的主要因素，提出新的煤岩分类设想。运用上述理论研究结果，研究了岩爆机理和煤与瓦斯突出的机理，提出了岩爆的预测方
49、法和防治技术。183.2 2003 年度项目成员承担其他项目情况2003 年群体成员承担其他项目情况一览表序号 课题名称 项目类别 编号 负责人 起止日期1. 多因素相互作用下地质工程系统的整体稳定性研究 973 计划 2002CB412707 谢和平( 首席科学家) 2002.12-2007.082.灾害环境和工程扰动过程中应力传递与能量释放规律及自适应调控973 计划 2002CB412705 鞠 杨 2002.12-2007.083. 复杂工程地质体的多尺度结 构及其赋存环境研究 973 计划 2002CB412701 周宏伟 2002.12-2007.084. 煤层气藏高分辨率探测的 地球物理响应 973 计划 2002CB211707 彭苏萍 2002.12-2007.085. 煤矿瓦斯富集部位地震探 测技术与方法研究 “十五”攻关 2001BA803B0403 彭苏萍 2001.10-2003.126. 防爆地质
