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深部巷道“双壳”支护理论与关键技术研究
2020-07-20 13:15  

我国煤矿开采深度逐年增加,深部巷道控制问题日显突出,已成为深部开采亟待解决的技术难题,也是国内外采矿界研究的重点问题之一。深部巷道处于“三高一扰动”的复杂环境,围岩应力场更加复杂,表现出工程软岩特性,传统浅部巷道支护理论和技术不能适应深部巷道支护的要求。近十几年,该领域理论研究滞后工程实践。因此,深部巷道控制新的理论和关键技术研究,对我国煤矿深部开采具有重要的理论意义和应用价值。

本课题成果是长期研究的积累和结晶。课题组多年来一直致力于深部巷道围岩控制方面的研究工作,先后承担了国家和河北省自然科学基金项目, 完成了 10余项校企合作项目,围绕深部巷道控制中的理论、机理、规律和关键技术开展研究和应用,取得了丰硕的研究成果。

1)首次建立了深部巷道“双壳”支护体系,由“单壳”、“连续双壳”和“非连续双壳”组成。

2)构建了深部巷道“双壳”支护力学模型,进行了弹塑性分析,推演了模型的应力、位移的理论计算公式,采用 D-P 准则考虑中间主应力和岩石脆性损伤对连续双壳模型进行了优化。

3)设计并进行了 6 组相似材料模拟实验,分别研究了双壳巷道围岩变形演化规律、分区破裂特征、双壳支护效果、壳体蠕变特性、壳体厚度对围岩稳定性

影响等。

4)对双壳模型进行了 20 余组数值模拟研究,模拟分析了“双壳”支护模型在不同围岩条件和壳体参数下的的载荷分布、应力-应变及变形破坏规律等。

5)研发了锚杆+锚索+中深孔注浆的“单壳”关键技术,应用在硐室群和围岩条件较好的巷道。

6)研发了‘浅部锚杆低压注浆(支护壳体) +深部锚索高压注浆(加固壳体)’“连续双壳”关键技术,在深部巷道和大断面硐室进行了工业性试验,获得好的支护效果。

7 研发了‘全断面 U 钢(支护壳体) +柔性垫板(柔性层) +锚杆锚索注浆(加固壳体)’“非连续双壳”关键技术,在高应力全断面破坏大变形巷道进行了工业性试验,并取得成功。

8)研发了 ‘底板浅孔注浆(浅部壳体) +深部锚索束高压注浆(深部壳体)’“连续双壳” 治理底鼓的关键技术,在高应力、受采动影响、底鼓严重的巷道进行了工业性试验。

9)通过大量调研,基于“双壳”支护理论,结合“双壳”工程实践,以围岩

等级和巷道埋深为指标,编制了我国首个深部巷道“双壳”支护分类优选表,并给出了参数合理取值范围,可直接选用、设计。

项目主要创新点:

1)构建了深部巷道“双壳”支护体系,由“单壳”、连续“双壳”、非连续“双壳”组成。

2)建立了“双壳”结构力学模型,研究了深部巷道“双壳”支护机理,提出了深部巷道“双壳”支护理论。

3)研发了深部巷道系列“单壳”、‘浅部锚杆低压注浆(支护壳体) +深部锚索高压注浆(加固壳体) “连续双壳”和‘全断面 U 钢(支护壳体) +柔性垫板(柔性层) +锚杆锚索注浆(加固壳体)’的 “非连续双壳”关键技术,形成了深部巷道“双壳”支护技术体系。

4)根据调研和“双壳”支护理论,编制了深部巷道“双壳”支护方案分类优选表。

5)研发了‘底板浅孔注浆+锚索束高压注浆’的连续双壳治理底鼓关键技术,采用了钻孔位置预注水泥墩钻底板锚索孔的高效成孔技术。


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