動力擾動下巷道錨固結構弱化失效機理及強化控制技術

一、成果基本信息

二、成果簡介

（1）發展了動力擾動下巷道圍巖失穩及控制基礎理論

動載荷作用下將巖石看作具有損傷體的Da與粘缸模型，建立了動載下巷道圍巖支護損傷模型。建立“三介質兩界面”力學模型分析了動力擾動下巷道圍巖錨固結構弱化失效致災機理。基于離散元理論，采用物理模擬和數值模擬相結合的方法進行泥巖軟弱和遇水強度弱化特性研究，并提出了一種泥巖跨尺度研究方法。

（2）攻克了動力擾動下巷道主動防控關鍵理論與技術

提出了基于能量平衡的巷道支護技術原理。針對強動壓巷道圍巖破碎的特點，研發了“二次強力錨注”支護技術，在盤江礦區山腳樹煤礦得到了成功應用。針對普通礦用錨索單根鋼絞線強度低、抗沖擊載荷能力差等缺點，研發了礦用新型錨索束支護結構，并在現場得到了成功應用。

（3）解決了動力擾動下巷道圍巖失穩破壞預測關鍵技術

基于離層類指標、變形類指標、支護結構受力指標和松動圈范圍指標4大類10項指標，引入層次分析法將巷道穩定性分為4個級別，為及時調整支護方案提供依據。借助物元可拓性定性方法和可拓關聯函數定量方法，提出了一種新的含軟弱夾層頂板巷道安全評價模型，對實際生產礦井該類巷道的評價指標進行數據預處理，得到反映軟弱夾層頂板巷道安全狀況的5種等級，并為控制對策提供理論依據。

三、成果轉化預期：

（1）完善并創新發展動力擾動下巷道圍巖災害控制技術體系，保證了開采工作環境安全，改善了工人勞動條件和作業環境，提高了工作安全系數，保證了井下職工的人身安全和身心健康。

（2）減少了動力擾動下巷道頂板事故發生概率和程度，客觀上降低了礦產資源安全開采成本，實現了以安全促效益目標，同時也極大改善了煤礦企業的社會形象。

（3）促進了學科發展及科研團隊建設，為礦山安全高效開采建立了一支水平較高的研究隊伍，為高效開展礦井防災減災準備了重要的理論、技術和人才基礎，有力地推動了我國泥質動壓巷道支護領域的科技進步。

（4）對動力擾動下巷道錨固結構弱化失效機理及強化控制技術進行了系統研究，以理論攻關、試驗探索、工程實踐等方式取得了一系列直接面向工程應用的創新性技術、發明專利以及高水平論文等科研成果，形成了動力擾動下巷道圍巖失穩及控制基礎理論與關鍵技術，有效促進了礦山開采從“被動應付型”向“主動保障型”的轉變，對減少礦山頂板事故發生和推動安全發展具有重要意義，也可以有力地推動我國礦山安全生產的科技進步，同時也將為貴州省煤炭產業高質量發展提供智力支持。

四、前期已轉化取得的社會經濟效益:

（1）山腳樹煤礦石門巷道原錨網支護直接成本為6200元/m；巷道開挖后平均每年需要維護1次，巷道維修成本平均5700元/m；強力錨注支護方式成本6600元/m。2019年巷道工程量650m，采用強力錨注技術后巷道免維護，產生的直接經濟效益為344.5萬元。2020年創造經濟效益831.5萬元。2年累計創造經濟效益1176萬元，詳細計算過程見附件4-1。

（2）正高煤礦主要開拓及采準巷道原支護直接成本為5500元/m；巷道開挖后每年需要維護1次，巷道維修成本平均5300元/m；強力錨注支護方式成本6200元/m。2017年：巷道工程量850m，采用強力錨注技術后巷道免維護，產生的直接經濟效益為391萬元。2018年和2019年經濟效益分別為1002萬元、1576萬元。3年累計創造經濟效益2969萬元，詳細計算過程見附件4-2。

（3）蘆嶺煤礦采區上山巷道原錨網噴支護直接成本為5800元/m；每年需要維護2次，巷道一次維修成本平均5400元/m；強力錨注支護方式成本7100元/m。2013年：II82行人上山及交叉點工程量320m，采用強力錨注技術后巷道免維護，產生的直接經濟效益為342萬元。2014年：II82運輸上山工程量150m，創造經濟效益531萬元。2年累計創造經濟效益873萬元，詳細計算過程見附件4-3。

特別聲明

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