《大变形巷硐围岩再造承载层控制机理及支护技术》

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项目针对复杂应力区大断面硐室、破碎围岩巷道及受到动压影响的煤层巷道变形量大、普通支护手段难以奏效的难题,研究了以下内容:根据软岩巷道、大断面硐室工程实例,总结其变形破坏特征,分析其变形破坏的原因,找出大变形巷硐变形破坏失稳的机制。提出再造承载层控制围岩变形理念,并采用相似模拟方法,研究不同的几何特征、强度特征条件下,承载层的力学特性;研究再造承载层控制巷道围岩变形破坏的机制。结合典型的煤矿巷硐地质条件,提出再造承载层的实现途径与方法。提出煤矿巷道围岩层次注浆方法,研制一种双液无机超细水泥注浆材料,研究其物理化学性质和典型的注浆工艺。基于再造承载层控制围岩变形机理,选取“三软”煤层回采巷道、多次动压影响煤层巷道及复杂应力区大断面硐室进行现场工程应用。根据以上研究内容,结合现场实际,提出了围岩再造承载层的巷道变形控制方法和层次注浆加固技术。针对深埋大变形硐室,提出一次“锚杆+锚索钢梁+围岩注浆改性”+二次“双层封闭工字钢棚喷浆”的方案;其实质采用锚网索保证围岩初期稳定,围岩注浆提高锚固效果,形成承载层结构,被动钢架进一步控制围岩变形,保持再造承载层的高效承载,有效克服了围岩的流变,保证了硐室的稳定。采用这种方案对赵固二矿-800泵房进行加固不仅能够确保泵房以后不再进行大的修理,而且从长期投入来看,可节约费用390.74万元。层次注浆加固技术包括新无机注浆材料和新注浆技术体系,主要特点为:材料无毒、无腐蚀,不自燃,对施工工人不存在任何伤害,没有安全隐患;配套的气动注浆系统设备轻便、机动灵活,工人操作方便、劳动强度降低;解决了采动影响巷道,严重底鼓巷道,强烈变形巷道的加固问题,大大改善了井下作业环境,确保了工作面安全高效开采。目前,该项目研究成果已经在晋煤集团成庄矿、永城煤电控股集团有限公司陈四楼煤矿和安阳永安贺驼煤矿有限公司得以广泛应用,已经成为破碎、极破碎围岩,以及大采高工作面注浆加固的必选材料。该项目近三年所产生的利润为5233.94万元,取得了较好的经济技术效益。该项目获得3项发明专利;课题组共发表学术论文8篇,其中EI论文4篇,核心期刊论文4篇。

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