动力扰动下巷道锚固结构弱化失效机理及强化控制技术

一、成果基本信息

二、成果简介

（1）发展了动力扰动下巷道围岩失稳及控制基础理论

动载荷作用下将岩石看作具有损伤体的Da与粘缸模型，建立了动载下巷道围岩支护损伤模型。建立“三介质两界面”力学模型分析了动力扰动下巷道围岩锚固结构弱化失效致灾机理。基于离散元理论，采用物理模拟和数值模拟相结合的方法进行泥岩软弱和遇水强度弱化特性研究，并提出了一种泥岩跨尺度研究方法。

（2）攻克了动力扰动下巷道主动防控关键理论与技术

提出了基于能量平衡的巷道支护技术原理。针对强动压巷道围岩破碎的特点，研发了“二次强力锚注”支护技术，在盘江矿区山脚树煤矿得到了成功应用。针对普通矿用锚索单根钢绞线强度低、抗冲击载荷能力差等缺点，研发了矿用新型锚索束支护结构，并在现场得到了成功应用。

（3）解决了动力扰动下巷道围岩失稳破坏预测关键技术

基于离层类指标、变形类指标、支护结构受力指标和松动圈范围指标4大类10项指标，引入层次分析法将巷道稳定性分为4个级别，为及时调整支护方案提供依据。借助物元可拓性定性方法和可拓关联函数定量方法，提出了一种新的含软弱夹层顶板巷道安全评价模型，对实际生产矿井该类巷道的评价指标进行数据预处理，得到反映软弱夹层顶板巷道安全状况的5种等级，并为控制对策提供理论依据。

三、成果转化预期：

（1）完善并创新发展动力扰动下巷道围岩灾害控制技术体系，保证了开采工作环境安全，改善了工人劳动条件和作业环境，提高了工作安全系数，保证了井下职工的人身安全和身心健康。

（2）减少了动力扰动下巷道顶板事故发生概率和程度，客观上降低了矿产资源安全开采成本，实现了以安全促效益目标，同时也极大改善了煤矿企业的社会形象。

（3）促进了学科发展及科研团队建设，为矿山安全高效开采建立了一支水平较高的研究队伍，为高效开展矿井防灾减灾准备了重要的理论、技术和人才基础，有力地推动了我国泥质动压巷道支护领域的科技进步。

（4）对动力扰动下巷道锚固结构弱化失效机理及强化控制技术进行了系统研究，以理论攻关、试验探索、工程实践等方式取得了一系列直接面向工程应用的创新性技术、发明专利以及高水平论文等科研成果，形成了动力扰动下巷道围岩失稳及控制基础理论与关键技术，有效促进了矿山开采从“被动应付型”向“主动保障型”的转变，对减少矿山顶板事故发生和推动安全发展具有重要意义，也可以有力地推动我国矿山安全生产的科技进步，同时也将为贵州省煤炭产业高质量发展提供智力支持。

四、前期已转化取得的社会经济效益:

（1）山脚树煤矿石门巷道原锚网支护直接成本为6200元/m；巷道开挖后平均每年需要维护1次，巷道维修成本平均5700元/m；强力锚注支护方式成本6600元/m。2019年巷道工程量650m，采用强力锚注技术后巷道免维护，产生的直接经济效益为344.5万元。2020年创造经济效益831.5万元。2年累计创造经济效益1176万元，详细计算过程见附件4-1。

（2）正高煤矿主要开拓及采准巷道原支护直接成本为5500元/m；巷道开挖后每年需要维护1次，巷道维修成本平均5300元/m；强力锚注支护方式成本6200元/m。2017年：巷道工程量850m，采用强力锚注技术后巷道免维护，产生的直接经济效益为391万元。2018年和2019年经济效益分别为1002万元、1576万元。3年累计创造经济效益2969万元，详细计算过程见附件4-2。

（3）芦岭煤矿采区上山巷道原锚网喷支护直接成本为5800元/m；每年需要维护2次，巷道一次维修成本平均5400元/m；强力锚注支护方式成本7100元/m。2013年：II82行人上山及交叉点工程量320m，采用强力锚注技术后巷道免维护，产生的直接经济效益为342万元。2014年：II82运输上山工程量150m，创造经济效益531万元。2年累计创造经济效益873万元，详细计算过程见附件4-3。

特别声明

1.本公告仅对成果进行推介，接受意向方咨询与洽谈，以上介绍中的内容仅供参考。

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