《高应力大松动圈巷道裂隙围岩预应力锚注加固机理及工程优化》

该项目所属领域为井巷工程与矿山工程领域。

中国煤矿经多年的生产运行,已经大量巷道接近或超出设计使用指标,恢复巷道围岩受力解决巷道破碎围岩的修复与加固,是许多煤矿面临的技术难题,如果不能合理的解决这个问题将给中国的煤炭行业造成巨大的经济损失,也将影响煤矿绿色开采生产运行的可持续性。为解决这个阻碍煤矿安全生产运行的科技难题确立该项目。重点针对大埋深、高地应力、大松动圈巷道支护问题进行研究,通过围岩力学及变形特性分析,在已有巷道支护基本理论的基础上,采用理论分析、相似材料模拟、数值模拟分析、现场综合测试等手段,就巷道破碎围岩变形力学机制、围岩控制理论与方法等方面进行了深入研究,揭示了破碎围岩变形与加固机理,提出了针对大松动圈破碎围岩的“预应力锚注”控制加固方法,研究开发了与之对应的预应力支护单元与高强高渗透型注浆材料。

主要研究内容及创新性成果如下:

1、提出了新的预应力锚注的工艺方法。确定了此类条件下的巷道维修与加固基于“自应力注”与“预应力锚”的复合技术方法与路线,完善了此类条件下的支护方式与锚注工艺。

2、研发了新型高渗透性高强度的维修加固材料。基于预应力锚注加固破碎围岩的机理,借助相似材料模拟与数值模拟等手段,有针对性的对注浆材料进行研发,以提高注浆材料的强度与渗透性,实现注浆材料对围岩裂隙的粘结能力与有效性,大大改善了预应力锚固条件下的注浆效果。

3、发明了高强预应力注浆锚杆,解决了地下工程中能锚不能注、能注不能锚的技术难题。高强预应力注浆锚杆的杆体本身强度不低于500MPa,远高于现有的普通的支护单元的强度。并通过相似材料模拟与数值模拟等手段,验证了高强度注浆锚杆的预应力锚注的效果,优化了注浆工艺与方案,实现了真正的锚注一体,即提高了巷道修复的效率又保证了预应力锚注加固破碎围岩的效果。

4、发现了大松动圈破碎围岩状态下的预应力锚注的加固基本机理与锚注加固体的强度演化规律。从工程岩体力学上对注浆加固强度演化机理进行解析,并提出新的针对破碎围岩注浆加固强度演化的理论,为矿井推广应用预应力锚注加固技术提供理论依据。

该项目研究成果成功解决了平顶山煤炭生产矿区大松动圈破碎围岩的维修加固问题。也为中国其它煤矿生产矿区类似条件下的巷道维修加固支护问题提供了良好的指导、借鉴和技术保障。该项目经过在平顶山矿区的现场应用三年时间内获得7680万元的经济收益,而且取得了明显的安全及社会效益。同时探索到了类似复杂地质技术条件下的巷道维修支护技术及管理经验,确保了矿井生产过程实现“安全、经济、高效”的目标。为中国开采多年矿区的可持续性发展提供了解决维修加固难题的方法与技术保障。

成果说明

本课题成功的解决了平顶山矿区大埋深、大松动圈与高应力条件下的巷道支护与围岩加固修复问题,并进行了成功现场应用。为我国煤炭行业开采多年矿区的可持续性发展提供了解决维修加固难题的方法与技术保障。 (1)应用范围 本项目课题已经在平顶山矿区成功进行了应用。随着我国地下矿产采掘尤其是煤炭采掘过程中开挖量的不断增加,裂隙岩体在蠕变和松动圈扩展的过程中的加固问题越发突显。特别是在服务年限较长的巷道松动圈已经扩展到普通锚杆锚索难以加固维修的程度,普通的单一锚固或注浆难以解决问题。 许多服务年限较长的矿井几乎都面临

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