[01554105]高应力松软地层巷道灾变失稳机理及防控关键技术

科学技术领域：该项目属于复杂条件巷道支护加固技术领域，工程实践中发现的理论与技术问题。 项目背景及创新成果：中国煤炭资源储量丰富，但煤炭开采地质条件十分复杂，特别是中东部矿井逐步进入深部开采阶段以后，高地应力场、松软地层、岩体弱面结构等因素作用下诱发巷道围岩强烈大变形、顶板垮冒灾害等问题凸显，传统的巷道围岩支、固、卸技术不能有效控制围岩稳定。因此，研究高应力松软地层巷道围岩灾变失稳机理和防控关键技术，对中国煤矿巷道及地下空间工程稳定控制具有重要的理论意义和工程应用价值。课题组多年来一直致力于复杂地层条件下巷道围岩失稳机理及防控技术方面的研究，在国家、河北省自然科学基金项目，企业研发项目的支持下，围绕高应力松软地层巷道围岩失稳机理、规律和防控关键技术开展研究和攻关， 创新成果如下： （1）以河北矿区深部巷道为对象，研究了巷道返修率的影响因素，分析了高应力环境下巷道围岩大变形特征及灾变失稳规律，划分了巷道底鼓的类型，发现了诱发巷道围岩灾变失稳的5个关键因素，研发了巷道围岩卸-固协同控制关键技术，部分解决了巷道反复维修问题，可节约支护成本30%。 （2）以巷道底板岩层中含软弱夹层为例，构建了由软弱夹层-完整岩石组成的结构岩体力学模型，研究了软弱夹层数量、厚度、分布距离与巷道围岩变形破坏及应力场演化规律，揭示了软弱夹层对巷道围岩破坏的吸能-阻隔和传递-诱发两种作用机制，研发了夹层不同作用机制下巷道底鼓控制技术。 （3）研究了极软煤层的物理力学性能，建立了极软煤巷巷帮失稳破坏滑移模型，提出了巷帮滑移破坏的表达式及其参数之间的关系，揭示了软煤巷道巷帮渐近破坏机理，提出了“固帮控顶”的控制理念，研发了巷道全锚索锚注加固关键技术。 （4）设计了“之”字形主斜井开拓布置方式，研发出了地面帷幕注浆截流含水层水源补给、井下超前长短孔预注浆驱散地层遗留水、巷道滞后注浆提高围岩强度富水松软地层斜井施工关键技术，研制出了靶域定位注浆装置，实现了靶向定位、定量控制注浆。 发表相关论文10篇，1篇论文入选2017年度中国精品科技期刊顶尖学术论文领跑者5000，授权专利4项。该项目的创新成果在冀中能源集团下属矿井巷道工程中进行了推广应用,节支1.41亿元，经济和社会效益显著。成果推动了复杂条件下巷道围岩控制的科技进步,培养了一批专业技术人才,为矿井节约了大量支护成本。