[00396818]三软强变形煤层巷道支护理论研究与应用

“三软强变形煤层巷道支护理论研究与应用”成果属于矿山科学技术领域。三软煤层巷道指底板软、煤层软和顶板软的巷道。三软煤层巷道变形大，一般需要多次复修，严重影响工作面产量，增加开采成本，是煤矿巷道支护的技术难题。郑州矿区告成煤矿受滑动构造带影响，煤层及顶底板异常破碎，严重制约安全生产，在三软煤层巷道支护中具有代表性。中国大多数矿区存在三软煤层巷道支护问题，研究具有重要的理论意义和广泛的应用价值。“三软强变形煤层巷道支护理论研究与应用”针对郑州矿区滑动构造带影响下的典型三软强变形煤层巷道支护难题，自2010年开始理论探索和实测研究，2012年正式立项，由郑州煤电股份有限公司和西安科技大学共同承担完成。项目综合运用现场实测、模拟实验和理论分析方法，取得主要创新点如下：(1)实测掌握了三软强变形煤层巷道变形特征和规律，揭示了巷道围岩极限平衡圈的发育形态。发明了“地层模拟实验用多介质耦合实验装置”和相似模拟材料，研发了“地下工程物理相似模拟实验用锚杆测力计”。通过三软煤层巷道支护的物理模拟，揭示了巷道围岩极限平衡圈的演化规律，为建立极限平衡圈理论奠定了基础。(2)提出了三软煤层巷道极限平衡圈支护理论，确定了巷道“底板-两帮-顶板”支护范围，提出了“治顶先治帮，治帮先治底”的巷道支护控制原则。(3)发明了三软煤层巷道支护设计方法，提出了直墙拱带底板反拱的断面优化设计，设计了全断面锚网索梯子梁支护方案，替代了传统的U型棚支护，节约了支护费用，取得了良好的支护效果。告成煤矿工业性试验表明，巷道顶底收缩率下降了75%，两帮的收缩率下降了87%，支护效果显著。与过去采用的U型棚支护相比，节约巷道支护费用4234.88元/米，避免了巷道返修，实现增产约6%。近三年，研究成果在河南郑州矿区告成煤矿和芦沟煤矿，陕西神南矿区张家峁煤矿，陕西神府矿区三道沟煤矿推广应用，累计新增利润31090.1万元，取得巨大经济效益。该项成果发表核心期刊论文8篇，申报发明专利4项(授权3项，实审1项)，授权实用新型专利2项，2013年获陕西省职工发明创造金奖1项。该项成果经过河南省科技厅鉴定达到国际先进水平，有力促进了煤矿软岩巷道支护技术进步，分别获得2016年度郑煤集团公司科技进步一等奖，2016年度河南省煤炭科技成果一等奖。中国三软煤层分布广泛，研究成果具有广阔的推广应用前景。