[00639808]复杂开采条件下薄煤层回采巷道围岩稳定性与控制技术

南方煤炭资源的开采为我国能源安全提供了重要保障，尤其是西南煤炭基地担任起“西电东送”和助力地方经济发展的重任，今后较长时间内仍是不可或缺的。但是，南方矿区煤层普遍地质复杂，加上煤层薄、瓦斯压力、开采扰动等因素，常引起巷道大变形、有效断面减少，通风困难、瓦斯超限、冒顶事故频发、运输困难等巷道灾害，占煤矿总灾害数量的60%以上，严重阻碍了南方各煤矿机械化和安全高效开采的进展。长期以来，有关于针对南方复杂开采条件下薄煤层回采巷道变形与控制等的研究尚不多见，造成围岩变形机制不清而缺乏有效的支护技术。在国家自然科学基金等资助下，与南方各煤炭企业进行科研合作，系统地开展了四种开采条件下巷道围岩变形与稳定性控制等的研究。 (1)揭示了薄煤层半煤岩体巷道的不均匀变形机制，开发了以“桁架锚索”为核心的综合支护体系。基于南方矿区普遍存在的薄煤层及开采特征，揭示了基于接触面滑移的半煤岩巷道不均匀变形机制，提出了以“治理两帮”为关键点、“充分发挥巷道两肩深窝的承载能力”为核心的控制原则，应用了“桁架锚索”综合支护技术，研制了不均匀大变形巷道围岩的锚杆垫板等装置。 (2）研讨了含瓦斯煤岩体回采巷道围岩的逾渗破坏机理，构建了“分次强化支护，实现内外承载”的支护理念。基于南方矿区典型的高瓦斯薄煤层开采特点提出了含瓦斯煤岩体的逾渗破坏行为与机制，构建了“分次强化支护，实现内外承载”为核心的“短锚杆、长锚索和U型钢支架”联合控制原理和技术体系；开发了用于煤与瓦斯突出危险巷道的锚固预报预警锚杆，应用了瓦斯抽采和水压致裂的锚杆等新型支护结构。 (3)构建了深部高应力软岩巷道的大变形损伤本构模型，提出了大变形巷道返修控制技术。针对高应力巷道围岩的几种典型破坏形式，提出了大变形计算流程，建立了岩石损伤演化的统计本构模型和参数估算方法；基于深部围岩塑性区演化规律揭示了正对称失稳模式和角对称失稳模式，提出了垮冒巷道(V类)和特殊巷道(Ⅳ类)的返修技术，构建了深部巷道的灰色关联理论支护优化决策方法，联合研制了周期性恒阻让压抗冲击锚杆等一整套施工与支护设备。 (4)探讨了采动二次压实煤岩体成岩作用机理，改造并应用了可控注浆加固与拱架支护系列技术。针对受采动影响的破碎岩体二次压实成岩特点，提出了受压二次破碎阶段主要分为偏芯挤压和对芯挤压两种力学机制，构建了破碎岩体压实-固结二次成岩程度量化指标；开发了破碎围岩巷道的可控注浆加固与刚性U型钢反底拱支护技术；改造了“预支撑囧型棚架”组合型支护结构。 2013年以来，成果先后在湖南、广西、江西、云南、贵州和重庆等南方各省近20个煤矿推广应用，取得经济效益超过3亿元，显著改善了各矿区巷道的维护和安全状况，大大提高了煤炭资源回收率，为南方乃至全国煤炭行业的科技进步做出了重要贡献。项目成果达到国际先进水平，产生了良好的社会效益和影响，在矿山、交通、水利等领域具有广阔的应用前景。成果共授权发明专利9项，经中国煤炭工业协会组织鉴定的科技成果共2项，发表高水平论文16篇。