[00920180]深部巷道围岩钻孔卸压与锚注支护协同控制技术

该项目属于“矿山工程技术(440)、井巷工程(44030)”科学技术领域。 近年来，随着中国煤炭资源开采强度增加，许多矿区进入深部开采阶段，巷道掘出后围岩碎胀、扩容等大变形现象严重，无法满足矿井生产断面要求，影响了矿井的安全高效生产。为解决深部巷道稳定控制难题，该项目依托河南理工大学、徐州矿务集团有限公司2家单位，开展了深部巷道围岩钻孔卸压与锚注支护协同控制技术的研究工作，研究成果成功应用于徐矿集团张双楼煤矿和三河尖煤矿，巷道控制效果显著。主要技术内容如下： (1)建立了深部巷道围岩峰后强度参数衰减模型，实现了对FLAC3D应变软化模型的二次开发。基于实验室多次围压多次峰值屈服试验，拟合得到损伤岩样强度参数与损伤变量间的对应关系，建立了深部巷道围岩峰后强度参数衰减模型，并将其耦合入FLAC3D软件内置应变软化本构模型中，以实测矿压显现规律作为已知特征值，反演了岩体的数值计算模型参数。 (2)揭示了卸压钻孔与围岩强度的协同作用关系，提出了卸压钻孔关键参数的确定方法。提出以巷道应力转移及围岩变形控制作为卸压效果的评价指标，给出了卸压程度的分类方法。利用室内试验结果，修正了平面应变问题下巷道应力及位移的弹塑性解析解，从补偿围岩体积膨胀变形角度考虑，提出了卸压钻孔参数的理论确定方法。同时，采用嵌入围岩强度衰减规律的数值计算模型，系统研究了卸压钻孔方位、卸压时机及钻孔参数(长度、直径和间排距)对深部巷道围岩稳定性的影响规律，揭示了卸压钻孔与围岩强度的协同作用关系，提出了卸压钻孔关键参数的确定方法。 (3)研究了卸压钻孔与支护结构受力间的作用关系及卸压后巷道围岩流变规律，揭示了深部卸压巷道围岩稳定控制机理。钻孔卸压技术的应用弱化了巷道卸压部位围岩结构稳定性，不利于控制巷道流变，同时，显著增加了卸压区域支护结构受力。保持卸压巷道围岩长期稳定的关键在于施加必要的二次锚注支护。研究提出了二次锚注支护时机的确定方法，合理确定了卸压巷道二次锚注支护强度及范围。 (4)开发了深部巷道围岩钻孔卸压与锚注支护协同控制技术。该技术分为一次让压支护、钻孔卸压和二次锚注支护3个阶段，涵盖巷道掘进期间一次让压支护、钻孔卸压、卸压后破碎围岩注浆加固、二次锚网索联合支护、关键部位加强支护等具体内容，合理确定了各阶段支护时机及参数。 研究成果在徐矿集团张双楼煤矿和三河尖煤矿成功开展了应用，有效控制了巷道围岩大变形，减少了巷道修复工程量，降低了支护成本及工人劳动强度，保证了矿井安全高效生产，取得了显著的经济效益和社会效益，具有广阔的应用前景。 项目研究成果在《煤炭学报》、《采矿与安全工程学报》等期刊发表学术论文8篇，授权发明专利5项，授权实用新型专利4项，经过中国煤炭工业协会鉴定，项目成果达到国际先进水平。