動(dòng)力擾動(dòng)下巷道錨固結構弱化失效機理及強化控制技術(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)下巷道圍巖失穩及控制基礎理論

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)下巷道圍巖錨固結構弱化失效致災機理?；陔x散元理論，采用物理模擬和數值模擬相結合的方法進(jìn)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(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技術(shù)原理。針對強動(dòng)壓巷道圍巖破碎的特點(diǎn)，研發(fā)了“二次強力錨注”支護技術(shù)，在盤(pán)江礦區山腳樹(shù)煤礦得到了成功應用。針對普通礦用錨索單根鋼絞線(xiàn)強度低、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結構，并在現場(chǎng)得到了成功應用。

（3）解決了動(dòng)力擾動(dòng)下巷道圍巖失穩破壞預測關(guān)鍵技術(shù)

基于離層類(lèi)指標、變形類(lèi)指標、支護結構受力指標和松動(dòng)圈范圍指標4大類(lèi)10項指標，引入層次分析法將巷道穩定性分為4個(gè)級別，為及時(shí)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(guān)聯(lián)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(jià)模型，對實(shí)際生產(chǎn)礦井該類(lèi)巷道的評價(jià)指標進(jìn)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(chuàng )新發(fā)展動(dòng)力擾動(dòng)下巷道圍巖災害控制技術(shù)體系，保證了開(kāi)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，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(guān)上降低了礦產(chǎn)資源安全開(kāi)采成本，實(shí)現了以安全促效益目標，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)展及科研團隊建設，為礦山安全高效開(kāi)采建立了一支水平較高的研究隊伍，為高效開(kāi)展礦井防災減災準備了重要的理論、技術(shù)和人才基礎，有力地推動(dòng)了我國泥質(zhì)動(dòng)壓巷道支護領(lǐng)域的科技進(jìn)步。

（4）對動(dòng)力擾動(dòng)下巷道錨固結構弱化失效機理及強化控制技術(shù)進(jìn)行了系統研究，以理論攻關(guān)、試驗探索、工程實(shí)踐等方式取得了一系列直接面向工程應用的創(chuàng )新性技術(shù)、發(fā)明專(zhuān)利以及高水平論文等科研成果，形成了動(dòng)力擾動(dòng)下巷道圍巖失穩及控制基礎理論與關(guān)鍵技術(shù)，有效促進(jìn)了礦山開(kāi)采從“被動(dòng)應付型”向“主動(dòng)保障型”的轉變，對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、前期已轉化取得的社會(huì )經(jīng)濟效益:

（1）山腳樹(shù)煤礦石門(mén)巷道原錨網(wǎng)支護直接成本為6200元/m；巷道開(kāi)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(shù)后巷道免維護，產(chǎn)生的直接經(jīng)濟效益為344.5萬(wàn)元。2020年創(chuàng )造經(jīng)濟效益831.5萬(wàn)元。2年累計創(chuàng )造經(jīng)濟效益1176萬(wàn)元，詳細計算過(guò)程見(jiàn)附件4-1。

（2）正高煤礦主要開(kāi)拓及采準巷道原支護直接成本為5500元/m；巷道開(kāi)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(shù)后巷道免維護，產(chǎn)生的直接經(jīng)濟效益為391萬(wàn)元。2018年和2019年經(jīng)濟效益分別為1002萬(wàn)元、1576萬(wàn)元。3年累計創(chuàng )造經(jīng)濟效益2969萬(wàn)元，詳細計算過(guò)程見(jiàn)附件4-2。

（3）蘆嶺煤礦采區上山巷道原錨網(wǎng)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(diǎn)工程量320m，采用強力錨注技術(shù)后巷道免維護，產(chǎn)生的直接經(jīng)濟效益為342萬(wàn)元。2014年：II82運輸上山工程量150m，創(chuàng )造經(jīng)濟效益531萬(wàn)元。2年累計創(chuàng )造經(jīng)濟效益873萬(wàn)元，詳細計算過(guò)程見(jiàn)附件4-3。

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