[00781298]松软煤岩体巷道锚固力防衰减关键技术及应用

1.项目研究背景：项目属于采矿科学技术领域。巷道围岩控制是煤炭安全高效开采的基础，近年来随着中国白垩系、第三系煤炭资源的开发，地质条件变得越来越复杂，煤岩体主要表现为“松、散、软、弱”四大特征，巷道围岩控制问题日益显著。国内外矿井多采用棚式支护，但受强烈的底鼓因素导致巷道围岩大变形；其次，松软煤岩体锚网支护时，正常的锚网支护锚固性能差，尤其动压作用下，锚固力衰减较快，造成巷道围岩整体失稳破坏，严重制约中国松软煤层安全高效开采。2.项目主要技术内容：项目研究成果包括：揭示3个机理，提出3个方法，形成3套实用技术。(1)3个机理：揭示了软弱、松散煤岩体巷道围岩锚固力衰减机理。确定了松软煤岩体巷道顶板岩层类型和厚度的判别指标，形成了松软煤岩体巷道顶板沉积岩体特征识别理论体系。揭示了软弱煤岩体锚固孔孔底扩大以增强锚固性能及抑制锚固力衰减的机理。(2)3个方法：提出了松软煤岩体巷道顶板岩层组合特征实时动态识别方法。提出了锚固孔底倒楔形扩孔锚固提高软弱煤岩体锚固性能的方法。提出了松散煤岩体钻封注一体化分次注浆锚固控制方法。(3)3套实用技术：研制了单翼倒楔形锚固孔孔底扩大装置，形成了软弱煤岩体巷道锚固孔底扩孔锚固技术。研发了高强自钻式锚杆、高强水泥基全长封孔材料、高强度无机注浆煤岩体加固材料，形成了松散煤岩体巷道钻封注一体化分次注浆锚固技术。研发了锚网握勾装置，实现了锚网无弱点连接，形成了松软煤岩体巷道围岩高预紧力无弱点连网的锚网支护技术。3.知识产权情况：项目实施过程中，取得国家授权专利10项，其中授权发明专利8项，授权实用新型专利2项，发表代表性论文8篇，其中SCI收录3篇，EI收录4篇，CSCD收录1篇。4.技术经济指标：(1)研制了Ø26mm小孔径锚固孔底倒楔形扩孔装置，扩孔段长度为120mm、最大扩孔直径Ø58mm、楔形角度为7°，锚固性能提高2倍以上，且未出现衰减现象；与棚式支护相比巷道掘进成本及维护成本降低65%以上。(2)开发了高强自钻式中空锚杆，其锚杆直径Ø25mm，极限抗拉强度为179KN，外形为右旋双螺旋凸台结构，螺旋角为32°，台高1.5mm，台宽3mm。(3)研发了高强水泥基全长封孔材料，体积膨胀系数达到3倍以上，单轴抗压强度63.4MPa，封孔锚固力120KN；与棚式支护相比巷道掘进及维护成本降低40%以上。(4)研发了高强锚网握勾装置，单人握勾2-5S/次，握勾效率提高80%以上。5.应用推广及效益情况：研究成果在新郑煤电、安福煤矿等8个矿区进行了推广应用，对于保障松软煤岩体巷道安全、降低支护成本具有显著效果。据不完全统计，近3年应用该项目研究成果的矿井累计施工巷道36.11Km，取得直接经济效益1.59亿元，经济社会效益显著，同时促进了矿井技术进步，在矿山、隧道、交通、水利等领域具有广阔的应用前景。