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无煤柱沿空巷道支护理论与关键技术
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  • 公布年份:
    2016
  • 中图分类:
    TD353
  • 关键词:
  • 成果简介:
    项目来源: 该项目来源于国家自然科学基金项目2项及企业委托项目2项。 项目背景: 十二五期间,中国煤矿每年新掘回采巷道超过6000km。煤柱护巷不仅造成煤炭资源严重浪费,而且导致冲击地压等动力灾害事故频发。无煤柱开采技术不仅可有效防止煤柱应力集中带来的冲击动力灾害,而且能减少巷道掘进工程量、显著提高煤炭资源回收率,是中国煤矿安全高效开采的重要方向。然而,无煤柱沿空巷道服务时间长,并经受两次采动压力影响,维护难度大。特别是大埋深、坚硬顶板等复杂条件下,巷旁支护结构往往承受更大静载及冲击动载荷,支护更为困难,这严重制约了无煤柱开采技术的推广应用。 创新性技术内容: 该项目从破解无煤柱沿空巷道支护难题出发,一是发明了探测顶板显著运动厚度范围及侧向断裂位置方法,创新性地构建了具有“让压-承载”双特征的巷旁支护力学模型,达到了沿空巷旁支护结构承载变形特性与顶板运动特征相适应的控制目标,发展了沿空留巷支护理论与设计方法;二是在发明保障顶板及实体煤帮锚固支护可靠性试验方法的基础上,创新性地提出了缓倾斜柔强组合巷旁支护厚度及强度定量设计技术和大倾角巷旁冒落堆砌矸石注浆成墙技术,拓展了沿空留巷技术应用范围;三是发明了巷道顶板破裂离层监测预警方法、巷旁充填体及底板承载性能原位测试技术,并获得了沿空留巷滞后动压影响范围,为保障沿空巷道支护系统的安全性与可靠性提供了有力支持。 技术经济指标: (1)发明的覆岩破裂范围与结构特征探测装备,克服了原双端堵水测漏技术中存在的封孔管路易挤断和封孔胶囊易爆裂等问题,封孔有效性达95%,探测效率提高40%以上;发明的工作面侧向顶板断裂位置探测方法安全可靠性好、易施工,成本仅为现有探测技术的70%左右。(2)创建的沿空留巷巷旁支护适应性力学模型及巷旁柔强支护设计方法,有效保障了巷旁支护安全性,巷道返修率降低65%。(3)研制的锚固体承载性能试验装置,可实现对锚固体流变拉拔界面应力等的试验测试,为沿空巷道锚固失稳工程监测提供了有力技术支撑。(4)发明的大倾角巷旁冒落堆砌矸石注浆成墙技术及预紧式伸缩梁支护技术,为大倾角煤层沿空留巷围岩控制提供了可靠保障,巷道总维护成本降低了约48%。(5)创建的巷道顶板冒落失稳预报方法,消除了因监测位置不同带来的偏差,有效预报率达90%。 应用及效益情况: 技术成果已在兖州、新汶矿区多个煤矿得到了直接推广应用,巷道掘进率降低30%以上,回采率提高12%左右,基本杜绝了片帮、冒顶等事故。近三年,为企业多回采煤炭300多万吨,取得直接经济效益5.5亿多元,为矿井的安全高效生产和可持续发展提供了可靠保障。 对科技进步推动作用: 该成果已获得国家授权发明专利10项、发表高水平SCI论文7篇,在巷旁“柔-强”组合支护理论与技术、巷道顶板破裂失稳预警等方面达到了国际领先水平,具有很强国际竞争力和示范性,大大推动了中国煤矿安全生产的科技进步。
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