[01134001]煤矿深井巷道“壳拱组合圈”支护机理和施工工法及其应用

该项目为企业自选项目,由河南理工大学、平顶山天安煤业股份有限公司、淮北市平远软岩支护工程技术有限公司合作完成。研究成果主要应用于煤矿井巷施工与支护。目前平顶山矿区的部分煤矿进入深部开采,采深超过800~1000m。深井巷道掘出以后,受多种因素的影响,巷道矿压显现明显甚至剧烈,矿井巷道维修工程量大,维修费用居高不下。该项目属于应用类技术研究,主要技术内容和成果特点如下： （1）建立了煤矿深井巷道施工工法—中平施工法,提出了中平施工法技术规范。 中平施工法属于一种深井巷道施工工法。采用“多层锚杆支护、钢丝绳网柔性混凝土喷层、围岩多次注浆” 主动围岩强化技术,以及底板卸压与加固联合支护,在巷道围岩形成钢丝绳网喷射砼壳（简称薄壳）、锚注压缩组合圈以及浆液扩散加固圈,三者共同组成以围岩为主体,能够承受一定载荷的锚杆注浆体承载结构即 “拱壳组合圈”,有时称为“支护固”。 中平施工法是国际上新奥法在煤矿深部软岩巷道中的应用,是对新奥法的推广应用和改进提高,可以提高深井巷道围岩稳定性,简化巷道支护和维护施工工艺,降低职工劳动强度,延长巷道维修周期,避免深井巷道的扩修和重复翻修,节约巷道维修费用。 （2）研究了深井巷道 “拱壳组合圈”支护结构、支护机理,建立了深井巷道“拱壳组合圈”支护理论,为中平施工法提供了理论基础。研究了中平施工法的大断面巷道（硐室）支护设计、掘进施工、矿压显现监测等技术。 “拱壳组合圈”中薄壳由钢丝绳网混凝土喷层组成,钢丝绳网混凝土能够有效改善混凝土喷层的力学性能,提供初期支护阻力;建立了锚注支护混凝土喷层和锚杆力学耦合关系;锚注体由多层次锚杆和注浆加固围岩组成;底板卸压槽能够降低围岩应力,提高锚注体强度。提出了圆形巷道“拱壳组合圈”结构力学模型,得出了“拱壳组合拱”承载能力与巷道围岩力学性质、巷道尺寸以及锚杆支护参数之间的关系。 （3）通过实验室和现场地应力测试,研究了平顶山矿区主采煤层顶底板岩层物理力学参数和矿区地应力分布规律,矿区地应力以构造应力为主,重力应力为地应力重要组成部分。利用“围岩有效载荷系数”对平顶山矿区深部巷道围岩稳定性进行分类,提出了不同类型围岩巷道支护方式。 （4）通过模拟试验研究了不同支护条件下,采深和构造应力场对巷道围岩变形破坏的影响规律、深部巷道矿压显现特征 该项目研究成果获得国家授权发明专利1项,实用新型专利2项;发表学术论文6篇。2017年以来,中平施工工法已经在平煤股份有限公司一矿、五矿、八矿等矿井的暗斜井、井底车场（硐室）、主石门、大巷等深部井巷（硐室）掘进施工和翻修工程中得到了推广应用,有利于矿井实现绿色、安全高效开采和矿井的可持续发展,经济效益和社会效益显著。