[01587218]深井巷道约束混凝土控制理论与关键技术

本项目属于煤矿井巷工程领域。 随着浅部煤炭资源的枯竭,煤炭开采进一步走向深部势在必行。深部高地应力、断层构造破碎带、动压及大面积淋水等复杂条件影响下,巷道大变形、支护构件破坏、返修、冒顶等现象频发,成为制约矿井安全生产的重要难题;在地上工程结构中,约束混凝土因其良好的力学性能和经济性被广泛应用,钢管和核心混凝土产生“力的共生”作用,表现出承载力高、塑性好等优点,为解决以上围岩控制难题,本项目将约束混凝土技术引入到井巷支护领域。 项目深入分析了高应力复杂条件巷道围岩承载结构失效机制;基于“高强、完整、让压”耦合支护理念,建立了约束混凝土立体支护体系,研发了方钢约束混凝土（SQCC）与U型钢约束混凝土（UCC）定量让压拱架及相关配套技术;通过理论分析、数值计算与室内试验等研究手段,形成了包括SQCC、UCC、CCC（圆钢约束混凝土）等不同类型约束混凝土拱架的成套分析设计方法;通过支护体系在深部高地应力、断层构造、动压影响及复修频繁等多种典型复杂条件巷道的成功应用,验证了新型支护体系的施工工艺以及围岩控制效果,最终形成了约束混凝土立体支护体系成套施工工法,解决了高应力复杂条件巷道围岩控制难题。主要创新成果如下： 创新点一：明确了高应力复杂条件巷道围岩承载结构失效机理;基于“高强、完整、让压”耦合支护理念,建立了约束混凝土立体支护体系;研发了锚杆定量张拉机具、约束混凝土高强定量让压拱架以及柔性壁后充填材料。 创新点二：明确了约束混凝土构件的力学性能;提出了SQCC拱架套管节点设计及选型方法;得到了约束混凝土构件压弯强度破坏力学判别准则,建立了约束混凝土拱架内力分析和承载能力计算方法。 创新点三：首创了约束混凝土定量让压拱架设计方法;研发了约束混凝土拱架1∶1大型力学试验系统;明确了不同类型、不同形式拱架的变形破坏机制与力学特性,验证和完善了约束混凝土拱架的设计方法。 创新点四：创立了可自动退锚的全螺纹锚杆预紧力施加、让压拱架拼装、柔性壁后充填、核心混凝土灌注等约束混凝土立体支护体系成套施工技术,形成了约束混凝土支护体系施工工法,攻克了高应力复杂条件巷道现场围岩控制难题。 研究成果在兖矿集团有限公司赵楼煤矿、鲍店煤矿、东滩煤矿等多个矿井的高应力、断层破碎带、动压影响、淋水等复杂条件巷道支护中成功应用,解决了巷道大变形、支护构件破坏、频繁复修等围岩控制难题。三年来,合计为煤矿增收节支15217万元,具有显著的经济和社会效益。 本项目获得国家发明专利6项,实用新型专利6项,部级工法2项,发表录用文章18篇,其中SCI收录2篇,EI收录11篇,SCI源刊录用2篇,EI源刊录用3篇。2014年12月16日,项目通过了由中国煤炭工业协会组织,蔡美峰院士作为鉴定委员会主任的科技成果鉴定,鉴定结论为：总体技术达到国际领先水平。 该项目为解决复杂条件巷道的围岩控制难题提供了有力的理论和技术支撑,促进了该类巷道支护技术的革新。随着煤炭资源开采面临的条件愈加复杂,项目具有广阔的推广应用前景。