《深部复杂条件巷道围岩分阶段完整控制关键技术研发及应用》

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该项目属于矿山支护工程领域。

随着浅部煤炭资源枯竭,煤矿开采转向深部势在必行。受深部高应力、极软岩、强采动及断层破碎带等复杂条件影响,巷道围岩裂隙发育、松散破碎、变形剧烈、破坏范围大,传统支护方式难以稳定控制,巷道复修率增加,支护成本升高,易造成大变形、冒顶、片帮、底臌等安全事故,已成为制约深部矿井安全高效生产的重要难题。因此,深入研究深部复杂条件巷道围岩分阶段完整控制理论,提出高强控制关键技术,对保障深部矿井安全建设与煤炭资源高效开采,具有重要工程价值与意义。

该项目以国家杰出青年科学基金、国家自然科学基金面上项目、山东省自然科学基金及国家重点煤矿企业项目为支撑,历经10年科技研发和工程实践,形成了深部复杂条件巷道围岩分阶段完整控制关键技术,突破了破碎围岩现场原位分级、围岩支护精准测试评价等技术瓶颈,革新了巷道传统支护工艺及技术,提高了围岩支护强度,攻克了深部复杂条件巷道围岩控制核心难题。

该项目主要创新成果如下:

1、首创了破碎围岩数字钻探分级模型,提出了预应力锚杆(索)协同支护围压计算与锚注围岩协同承载结构评价分析方法,形成了基于数字钻探的深部巷道围岩原位分级理论与基于支护围压的锚注强度设计理论,创立了深部巷道钻进分级、初次锚固、注浆充填、拱架强化、实时评价的分阶段完整控制方法,为围岩支护方式选取及参数设计奠定了理论基础。

2、研发了多功能真三轴岩体钻进测试系统、岩体注浆加固效果测试评价仪、锚固围岩隔离体精细化模拟试验系统及三维大比尺地质力学模型试验系统,突破了破碎岩体随钻测试、注浆效果定量评价、支护构件精准模拟及柔性均布加载等关键技术,首次通过试验揭示了随钻参数与岩体力学参数、支护围压分布与围岩控制效果的响应机制,形成了围岩分阶段支护设计方法。

3、研发了组合式高强注浆锚杆(索)、预应力定量施加装置及高强定量让压拱架等关键技术,建立了深部巷道分阶段完整控制体系,提出了基于数字钻探测试技术的现场围岩控制效果定量评价方法,形成了分阶段完整控制成套施工工法,攻克了深部复杂条件巷道围岩控制难题。

依托该项目研究,共授权发明专利18项,实用新型专利10项,发表论文33篇,其中SCI/EI收录论文30篇,形成行业标准1项。该项目的两项关键技术成果,分别于2014年12月与2016年12月通过了科技成果鉴定,鉴定意见均为:整体技术成果达到国际领先水平。

研究成果在兖州煤业股份有限公司、兖煤菏泽能化有限公司、兖州煤业鄂尔多斯能化有限公司、临沂矿业集团菏泽煤电有限公司、同煤国电同忻煤矿有限公司、同煤大唐塔山煤矿有限公司等数十个深部矿井复杂条件巷道工程中成功应用,近三年合计创造经济效益56521万元,为复杂条件巷道围岩稳定控制提供了理论和技术支撑,提升了中国深部地下工程建设水平,促进了行业技术进步,具有广阔的应用前景。

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