410基于锚固复合承载体特性及围岩脆弱性评估的巷道精准支护技术.doc

高等学校科学研究优秀成果奖（科学技术进步 推荐项目公示内容 申报类型 进步奖 项目名称 推荐单位 矿业 项目简介 本项目属于采矿工程研究领域，研究成果主要应用于煤矿巷道支护与围岩控制方面，同时也可应用于非煤矿井巷道、公（铁）路隧道等岩土工程的围岩稳定性控制方面。 近几十年来，我国巷道锚杆支护技术取得了巨大的进步，巷道锚杆支护率及支护技术水平得到了很大的提高，但我国锚杆支护技术仍然普遍存在支护设计理论及设计依据局限性大、适应性不广且支护设计考虑的因素不全面、支护强度及成本偏高等问题。针对以上问题，本项目基于潞安矿区的生产地质条件，开展了锚固复合承载体承载特性及潞安矿区巷道精准支护技术研究，研究关键科学问题主要有：巷道围岩脆弱性评估方法、锚固复合承载体及其承载特性、巷道精准支护技术体系的建立。 研究成果的主要特点： （1）建立了巷道围岩脆弱性预评估系统：将主要研究使用于生态地理金融等领域的风险和灾害中的“脆弱性”拓展到煤矿巷道围岩评估中，在充分考虑巷道赋存状况、人为影响等方面引入围岩完整性、围岩强度、最大水平主应力、巷道断面尺寸、采掘扰动等13个评价指标，利用层次分析法（AHP）建立巷道围岩脆弱性评估系统。 （2）研究提出了巷道围岩“锚固复合承载体”支护理论：经过多年对锚杆群与围岩的相互作用及模拟研究和现场实测数据分析，于2012年首先提出了“锚固复合承载体”概念，即：锚杆群与被锚固煤岩体相互作用而在巷道围岩内形成的共同承载结构。研究分析了半圆拱巷道和矩形巷道的锚固复合承载体的几何参数，建立了相应的巷道围岩锚固复合承载体力学模型，据此研究了不同锚固复合承载体结构及支护参数条件下锚固复合承载体的承载能力，初步确定了锚固复合承载体稳定性判据，为巷道锚杆支护提供了科学可靠的理论依据。同时对锚固复合承载体的防冲击性进行了初步研究。 （3）形成了“巷道精准支护”技术体系：根据巷道围岩及地应力状况，通过对巷道围岩脆弱性预评估，锚固复合承载体承载能力及其稳定性判据分析，提出若干合适的支护方案，建立模糊可拓综合评价模型，从支护效果及经济层面优化选择最佳方案，以实现巷道精准支护。 （4）项目研究成果经过潞安矿区三个大型矿井多年的应用推广，取得了显著技术、经济和社会效益：项目成果在潞安集团古城矿、王庄矿及司马矿的5条巷道实施了工业性试验，并先后在潞安矿区的20余条巷道得到了推广应用。结果表明本项目提出的锚固复合承载体理论和巷道精准支护体系为矿井巷道支护提供了科学可靠的理论依据和设计方法，取得了良好的支护效果，在保障巷道安全的前提下，有效降低了巷道支护成本，提高巷道了掘进速度，取得了显著的技术、经济与社会效益（近三年的推广应用共获得经济效益10404.75万元）。 本项目的研究成果包括学术专著1部，博士学位论文1篇，硕士学位论文12篇，SCI收录论文8篇（发表在 International Journal of Rock Mechanics and Mining Sciences等国际期刊），EI收录论文5篇；授权发明专利5项、软件著作权2项、实用新型专利8项。 主要完成单位 单位名称 排 名 对本项目的贡献： 2、建立了巷道围岩脆弱性评估系统。引入围岩完整性（RQD）、顶板围岩强度、埋深、最大水平主应力、地质构造、巷道断面尺寸、采掘扰动等13个评价指标，利用层次分析法（AHP）对巷道围岩脆弱性进行预评估。 3、分析了巷道锚固复合承载体的几何特征并研究其变形、应力演化及破坏等承载特性；建立了巷道锚固复合承载体强度计算公式，通过实验验证，结合巷道围岩的脆弱性评估提出了锚固复合承载体的失稳判据，据此设计出适合巷道稳定要求的支护方案。 4、提出了“巷道精准支护体系”理念：根据巷道围岩及地应力状况，通过对巷道围岩脆弱性预评估，锚固复合承载体承载能力及其稳定性判据分析，提出若干合适的支护方案，建立模糊可拓综合评价模型，从支护效果及经济方面，优化选择最佳方案，在保证巷道安全使用的同时，达到了“降本增效”的目的，从而实现巷道精准支护。 主要完成单位 单位名称 排 名 2 对本项目的贡献： 项目研究方案，提供项目研究及实施地点。 矿业大学 3、组织协调了集团公司下属部分矿井的现场实施工作。 4、与中国矿业大学共同完成矿区 推广应用情况 本项目是由中国矿业大学与山西潞安矿业（集团）有限责任公司合作完成，取得了丰硕的研究成果，建立了完善的巷道围岩脆弱性评估系统，提出了不同巷道断面形状和支护参数条件下锚固复合承载体承载能力定量化计算方法，通过建立模糊可拓综合评估，形成了巷道围岩控制的精准支护体系。基于理论及实验室研究成果，本课题成功在潞安集团古城矿N1303工作面运输巷及回风巷、王庄矿43M5工作面回风巷