研究方向二：特厚煤层绿色低碳高效开采基础理论与关键技术

新疆煤炭资源具有埋深浅、厚度大、地表生态环境脆弱等特点，地下开采引起的覆岩失稳运动更为强烈，极易造成地下水流失、土地荒漠化、植被衰退等问题。围绕特厚煤层开采岩体损伤水流失机理、损伤传导监测、含水层原位立体精准修复保护 3 个关键科学问题，从采动损伤机制、致灾监测预警、控制保护开采三方面，研究特厚煤层采动岩体损伤特征及渗透性演化规律，提出采动煤岩损伤渗流致灾的声-热特征及其预警机制，开发多层位岩层控制与水资源水位水量一体化保护技术，形成特厚煤层绿色低碳高效开采基础理论与关键技术。聚焦新疆生态脆弱矿区煤炭绿色低碳高效开采基础理论与技术，破解特厚煤层开采的生态约束与安全约束，以期实现绿色低碳高效采煤与环境保护协同发展，为建设新时代中国特色社会主义生态矿山、促进我国生态保护修复提供重要支撑。

（1）特厚煤层采动岩体损伤特征及渗透性演化规律

建立特厚煤层采动岩体损伤破断的连续-离散耦合模型，提出岩石损伤渐进破坏本构方程及采空区垮落岩石压实过程中双屈服模型参数匹配方法，确立不同采动应力路径下岩体基质变形、裂隙开度与渗透率的双孔双渗量化关系，建立采动岩体张拉与剪切复合损伤下的渗流理论模型，分析岩体细观损伤演化至宏观破裂过程中渗流场的演变规律，创立基于裂隙贯通率的层状岩体损伤变量表征方法。提出采动岩体“渗流隔离”概念，基于裂隙贯通率与等效渗透系数分布特征，研究确立采动覆岩渗漏带、渗流带和渗流隔离带（三带）层位及其厚度的计算方法，建立考虑采动煤岩初始、长期双重损伤变量的蠕变本构模型，开发分数阶蠕变数值计算程序；研究相邻采场隔离煤柱上方的渗流特征，揭示特厚煤层采动岩体裂隙与渗流“三带”分区特征，建立覆岩渗透性分区标准，为特厚煤层的采动岩层控制与绿色高效开采参数确定提供理论依据。

（2）采动煤岩损伤渗流致灾的声-热特征及其预警机制

研究含水采动煤岩红外辐射噪声信息的时频分布特征，建立红外辐射响应信息的“分区域-高斯核函数”去噪模型，提出含水煤岩体损伤破坏的“声-热”信息敏感指标，确立特厚煤层采动煤岩体损伤渗流灾变的“声-热”信息时空前兆判据，建立红外损伤参量修正的煤岩三维塑性损伤本构模型及煤岩内部裂纹扩展过程的表面红外辐射响应数学模型，揭示煤岩“声-热”响应信息与其损伤演化的量化响应机制。研发浅埋特厚煤层采动煤岩体损伤渗流灾变相似模拟试验系统，分析不同开采阶段声发射、地质雷达、红外辐射指标的时空响应规律，构建特厚采动煤岩体“声-热-流”响应信息的 PFC 数值计算模型与采动煤岩体损伤渗流状态失稳的“声-热-流”信息异常突变模型，提出特厚采动煤岩体损伤渗流灾变的“远-近-临”多层次时空前兆判别准则，揭示损伤渗流演化状态的多元信息协同机制，构建特厚煤层采动损伤岩体渗流突水演化状态的“远-近-临”协同监测体系，为特厚煤层的绿色开采提供安全保障。

（3）多层位岩层控制与水资源水位水量一体化保护技术

构建多层次结构模型，确立特厚煤层采动渗流“三带”的空间参数，提出地下水采动影响分区和保水采煤适应性分区（两分区），研究岩层属性、承压特性及开采方法等主控因素下隔水关键层隔水特性的时空演化规律，揭示开采参数对渗流隔离带之上含水层进行水位保护的采隔控制机制，及其对渗流隔离带之下含水层水资源在采出空间内进行水量存贮保护的导流调控效应，建立渗流隔离带阻水、渗流带与渗漏带导流、采空区汇集储水的技术体系；研制常温常压条件下的 CO2 矿化煤基固废负碳充填材料，构建考虑初始损伤影响的负碳充填体分数阶蠕变损伤本构方程，研究采动损伤岩体卸荷增透与蠕变增透分区特征，提出水位水量一体化保护的极近距含水体下渗流隔离带低损伤低碳高效开采控制技术；分析多次开采扰动条件下已压实闭合的采动岩体渗流通道“复活”并“二次发育”的规律，确定基采比、层采比等阈值，提出近距特厚煤层群安全高效保水采煤技术及工作面协同布置等时空优化方法，实现近距煤层群上覆含水层水位水量一体化保护。