動(dòng)力擾動(dòng)下巷道錨固結(jié)構(gòu)弱化失效機(jī)理及強(qiáng)化控制技術(shù)

一、成果基本信息

二、成果簡(jiǎn)介

（1）發(fā)展了動(dòng)力擾動(dòng)下巷道圍巖失穩(wěn)及控制基礎(chǔ)理論

動(dòng)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(dòng)載下巷道圍巖支護(hù)損傷模型。建立“三介質(zhì)兩界面”力學(xué)模型分析了動(dòng)力擾動(dòng)下巷道圍巖錨固結(jié)構(gòu)弱化失效致災(zāi)機(jī)理。基于離散元理論，采用物理模擬和數(shù)值模擬相結(jié)合的方法進(jìn)行泥巖軟弱和遇水強(qiáng)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(dòng)力擾動(dòng)下巷道主動(dòng)防控關(guān)鍵理論與技術(shù)

提出了基于能量平衡的巷道支護(hù)技術(shù)原理。針對(duì)強(qiáng)動(dòng)壓巷道圍巖破碎的特點(diǎn)，研發(fā)了“二次強(qiáng)力錨注”支護(hù)技術(shù)，在盤江礦區(qū)山腳樹煤礦得到了成功應(yīng)用。針對(duì)普通礦用錨索單根鋼絞線強(qiáng)度低、抗沖擊載荷能力差等缺點(diǎn)，研發(fā)了礦用新型錨索束支護(hù)結(jié)構(gòu)，并在現(xiàn)場(chǎng)得到了成功應(yīng)用。

（3）解決了動(dòng)力擾動(dòng)下巷道圍巖失穩(wěn)破壞預(yù)測(cè)關(guān)鍵技術(shù)

基于離層類指標(biāo)、變形類指標(biāo)、支護(hù)結(jié)構(gòu)受力指標(biāo)和松動(dòng)圈范圍指標(biāo)4大類10項(xiàng)指標(biāo)，引入層次分析法將巷道穩(wěn)定性分為4個(gè)級(jí)別，為及時(shí)調(diào)整支護(hù)方案提供依據(jù)。借助物元可拓性定性方法和可拓關(guān)聯(lián)函數(shù)定量方法，提出了一種新的含軟弱夾層頂板巷道安全評(píng)價(jià)模型，對(duì)實(shí)際生產(chǎn)礦井該類巷道的評(píng)價(jià)指標(biāo)進(jìn)行數(shù)據(jù)預(yù)處理，得到反映軟弱夾層頂板巷道安全狀況的5種等級(jí)，并為控制對(duì)策提供理論依據(jù)。

三、成果轉(zhuǎn)化預(yù)期：

（1）完善并創(chuàng)新發(fā)展動(dòng)力擾動(dòng)下巷道圍巖災(zāi)害控制技術(shù)體系，保證了開采工作環(huán)境安全，改善了工人勞動(dòng)條件和作業(yè)環(huán)境，提高了工作安全系數(shù)，保證了井下職工的人身安全和身心健康。

（2）減少了動(dòng)力擾動(dòng)下巷道頂板事故發(fā)生概率和程度，客觀上降低了礦產(chǎn)資源安全開采成本，實(shí)現(xiàn)了以安全促效益目標(biāo)，同時(shí)也極大改善了煤礦企業(yè)的社會(huì)形象。

（3）促進(jìn)了學(xué)科發(fā)展及科研團(tuán)隊(duì)建設(shè)，為礦山安全高效開采建立了一支水平較高的研究隊(duì)伍，為高效開展礦井防災(zāi)減災(zāi)準(zhǔn)備了重要的理論、技術(shù)和人才基礎(chǔ)，有力地推動(dòng)了我國(guó)泥質(zhì)動(dòng)壓巷道支護(hù)領(lǐng)域的科技進(jìn)步。

（4）對(duì)動(dòng)力擾動(dòng)下巷道錨固結(jié)構(gòu)弱化失效機(jī)理及強(qiáng)化控制技術(shù)進(jìn)行了系統(tǒng)研究，以理論攻關(guān)、試驗(yàn)探索、工程實(shí)踐等方式取得了一系列直接面向工程應(yīng)用的創(chuàng)新性技術(shù)、發(fā)明專利以及高水平論文等科研成果，形成了動(dòng)力擾動(dòng)下巷道圍巖失穩(wěn)及控制基礎(chǔ)理論與關(guān)鍵技術(shù)，有效促進(jìn)了礦山開采從“被動(dòng)應(yīng)付型”向“主動(dòng)保障型”的轉(zhuǎn)變，對(duì)減少礦山頂板事故發(fā)生和推動(dòng)安全發(fā)展具有重要意義，也可以有力地推動(dòng)我國(guó)礦山安全生產(chǎn)的科技進(jìn)步，同時(shí)也將為貴州省煤炭產(chǎn)業(yè)高質(zhì)量發(fā)展提供智力支持。

四、前期已轉(zhuǎn)化取得的社會(huì)經(jīng)濟(jì)效益:

（1）山腳樹煤礦石門巷道原錨網(wǎng)支護(hù)直接成本為6200元/m；巷道開挖后平均每年需要維護(hù)1次，巷道維修成本平均5700元/m；強(qiáng)力錨注支護(hù)方式成本6600元/m。2019年巷道工程量650m，采用強(qiáng)力錨注技術(shù)后巷道免維護(hù)，產(chǎn)生的直接經(jīng)濟(jì)效益為344.5萬元。2020年創(chuàng)造經(jīng)濟(jì)效益831.5萬元。2年累計(jì)創(chuàng)造經(jīng)濟(jì)效益1176萬元，詳細(xì)計(jì)算過程見附件4-1。

（2）正高煤礦主要開拓及采準(zhǔn)巷道原支護(hù)直接成本為5500元/m；巷道開挖后每年需要維護(hù)1次，巷道維修成本平均5300元/m；強(qiáng)力錨注支護(hù)方式成本6200元/m。2017年：巷道工程量850m，采用強(qiáng)力錨注技術(shù)后巷道免維護(hù)，產(chǎn)生的直接經(jīng)濟(jì)效益為391萬元。2018年和2019年經(jīng)濟(jì)效益分別為1002萬元、1576萬元。3年累計(jì)創(chuàng)造經(jīng)濟(jì)效益2969萬元，詳細(xì)計(jì)算過程見附件4-2。

（3）蘆嶺煤礦采區(qū)上山巷道原錨網(wǎng)噴支護(hù)直接成本為5800元/m；每年需要維護(hù)2次，巷道一次維修成本平均5400元/m；強(qiáng)力錨注支護(hù)方式成本7100元/m。2013年：II82行人上山及交叉點(diǎn)工程量320m，采用強(qiáng)力錨注技術(shù)后巷道免維護(hù)，產(chǎn)生的直接經(jīng)濟(jì)效益為342萬元。2014年：II82運(yùn)輸上山工程量150m，創(chuàng)造經(jīng)濟(jì)效益531萬元。2年累計(jì)創(chuàng)造經(jīng)濟(jì)效益873萬元，詳細(xì)計(jì)算過程見附件4-3。

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