[00368749]煤矿深部巷道安全高效掘进的理论和应用研究

该项目以教育部高等学校优秀青年教师教学科研奖励基金为基础，同新汶矿业集团公司合作从理论与应用两方面研究深部巷道(埋深1050m)安全掘进面临的技术难题，针对不同地质条件的各类有代表性巷道，主要深部巷道掘进的爆破、支护、工艺、冲击地压等进行了系统的理论分析、数值模拟优化计算、现场测试和实验室试验、软件开发、新型速凝剂研制等研究内容。取得如下研究成果。(1)首次建立并应用爆炸载荷动焦散测试系统和模型试验，获得了层节理介质爆炸裂纹破坏模式、扩展规律，得到了中深孔分阶分段掏槽爆破机制。(2)通过对协庄矿深部主要巷道现场测试，结合不同巷道各种围岩条件与不同支护参数的数值模拟分析，得到了深部巷道矿压的显现规律，获得了深部水平的不同巷道不同支护形式等条件下围岩流变大变形破坏的实测与计算、理论规律，提出了适用于深部各类围岩巷道的支护控制和支护优化设计方案。(3)正交试验法优选出喷射混凝土用新型速凝剂RSD，应用表明RSD具有明显的减弹降尘增强效果。(4)利用VC++6.0开发了基于规则知识和实例推理两个途径巷道设计系统，实现了针对不同地质条件巷道爆破、支护、工艺等设计的复杂图、表和参数计算的自动生成，系统具有开放、人机交互、规范的特点，实用性强。(5)通过多个煤矿不同地质条件深部巷道安全高速掘进的现场应用研究，采用定向爆破专用药卷分阶分段掏槽中深孔控制爆破、合理支护设计方案大大提高了巷道工程质量，掘进速度普遍比原有提高30％以上；每米巷道节约成本300元左右。(6)进行了协庄矿最深主采煤层的煤岩物理力学性质与冲击倾向性鉴定试验，获得了深部煤岩和不同组合条件下的冲击特性，研究表明优先采用注水法降低煤岩冲击倾向性是防治巷道冲击灾害的有效手段。提出的难维护围岩巷道支护优化设计方案，减少了巷道返修与维护费用，为协庄矿每年获得直接经济效益780万元；速凝剂RSD为协庄矿每年带来直接经济效益229.8万元；优质高效掘进每年为协庄矿、良庄矿共带来直接经济效益300万元。 随着中国煤炭向深部开采，深部巷道高效掘进的许多技术问题在中国其它深部矿井更多地暴露出来，而由于深部巷道掘进的理论和经验的缺乏，成为制约深部煤炭资源安全开采的关键问题。因此该研究成果将对中国煤矿安全生产和可持续发展具有重要的现实和战略意义，研究成果将对中国深部巷道掘进提供理论和技术指导，具有重要的适用性、创新性和先进性，具有广阔的推广应用前景。