《皖北矿区巷道支护智能决策系统研发与工程应用》

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1.项目所属科学技术领域该项目主要技术内容涵盖采矿工程、安全工程、地质工程、计算机科学与工程、岩土工程、工程力学等技术领域。

2.技术内容

(1)科学评价了皖北矿区原有巷道支护效果。采用现场调研、文献查阅、矿压观测分析等综合方法开展了任楼、祁东、恒源、刘桥一矿、朱集西等5个矿井50条开拓准备巷道、56条回采巷道信息的统计分析,获得了皖北矿区巷道主要特征信息,制订了巷道支护差异化管理实施细则。

(2)系统分析了服务年限、层位岩性、围岩结构、矿压影响、特殊区域等对巷道围岩稳定性控制的影响,揭示了影响巷道围岩稳定性和支护因素间的函数关系,提出了围岩地质力学评估→围岩稳定性分类→基本支护方案确定→差异支护参数设计→支护效果检测与优化的分类差异支护设计思路。

(3)构建了巷道围岩稳定性分类指标体系,进行了巷道围岩稳定性整体分类和次分类。定义了能够反映巷道稳定性的围岩塑性率指标,采用计算机数值模拟,拟合了分类指标与围岩塑性率的函数关系,计算出随围岩条件动态变化的分类指标权值,分析确定了以巷道围岩综合强度(顶、底、帮)和应力扰动影响指标的比值0.5、1、1.5、2将开拓准备巷道围岩稳定性分为I、II、III、IV、V类;以顶板、底板、煤帮、护巷煤柱、采动影响等稳定性指标将回采巷道围岩稳定性分为I、II、III、IV、V类,并根据围岩塑性率及差异特征,进行了回采巷道围岩稳定性次分类。

(4)基于大数据融合,构建了巷道基本信息数据库。基于皖北矿区试验巷道统计分析,融合了国内类似条件巷道支护工程实践,构建了包含巷道类型、区域特征、围岩物理力学参数、支护参数、巷道矿压特征、支护效果评价等巷道基本信息的MySQL数据库(开拓准备巷道)Access数据库(回采巷道)。

(5)应用VC++和VB计算机程序,研发了巷道支护智能决策系统,评价分析了5个矿井14条试验巷道原支护参数的适应性,提出了差异化支护方案,进行了工业性试验,检验了智能决策系统可靠性。

(6)进行了现场工业性试验,验证了基于分类差异支护方法的支护智能决策系统的可靠性。项目研究实现了皖北矿区复杂条件巷道差异支护与管理,有效控制了巷道冒顶等事故发生,达到了巷道安全、高效、经济掘进与支护目标;大幅度提高了巷道单进水平和效率,掘进与支护成本显著降低。

3.技术特点

(1)基于大数据融合分析,构建了开拓准备及回采巷道样本数据库,提出了巷道围岩稳定性分类指标体系,进行了巷道围岩稳定性整体分类和次分类。

(2)揭示了巷道围岩稳定性和支护参数间的关系,提出了“围岩地质力学评估→围岩稳定性分类→基本支护方案确定→差异支护参数设计→支护效果检测与优化”的差异支护设计思路及方法。

(3)建立了皖北矿区开拓准备巷道和回采巷道信息数据库,基于数据统计与样本校验分析,开发了巷道支护设计智能决策系统。

4.技术指标研究为皖北煤电集团有限责任公司2014至2016年年巷道掘进工程量突破50万m提供了技术支撑,使岩巷和煤巷的平均单进分别从2011年的68.6m/月和91.3m/月增加到2016年的112m/月和204.5m/月,分别增加了63%、124%;试验矿井巷道掘进及使用过程中无顶板事故,且巷道翻修率降低了90%,取得了良好的技术效益。

5.经济效益截止2016年底,研究成果在皖北煤电刘桥、恒源、五沟、卧龙湖、祁东、钱营孜、任楼等煤矿35条巷道试验,提高的工效新增销售额90243万元,新增利润18049万元,新增利税3068万元,节支总额为12251万元,直接经济效益显著。研究成果在淮南矿业集团谢桥、潘二和淮北矿业集团许疃、桃园等煤矿多个开拓、准备、回采巷道进行了推广应用,为企业新增利润3258万元,新增利税554万元,节支总额为4052万元。

6.社会效益

(1)降低了工人劳动强度,改善了作业环境,提高了巷道掘进、支护、维护效率,提升了煤炭行业形象;

(2)改革了巷道差异支护设计与管理方法,实现了复杂条件巷道围岩有效控制,促进了煤炭行业科学技术进步;

(3)培养了大量工程技术人员及博士、硕士等高层次人才,为人才培养发挥了重要作用。

该项目研究集成创新了复杂多变难支护矿区的巷道差异化支护技术,研发了巷道差异支护智能决策支持系统,使中国类似复杂地质条件巷道支护实现了新的技术突破。

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