[00942599]皖北矿区巷道支护智能决策系统研发与工程应用

1.项目所属科学技术领域该项目主要技术内容涵盖采矿工程、安全工程、地质工程、计算机科学与工程、岩土工程、工程力学等技术领域。 2.技术内容 (1)科学评价了皖北矿区原有巷道支护效果。采用现场调研、文献查阅、矿压观测分析等综合方法开展了任楼、祁东、恒源、刘桥一矿、朱集西等5个矿井50条开拓准备巷道、56条回采巷道信息的统计分析，获得了皖北矿区巷道主要特征信息，制订了巷道支护差异化管理实施细则。 (2)系统分析了服务年限、层位岩性、围岩结构、矿压影响、特殊区域等对巷道围岩稳定性控制的影响，揭示了影响巷道围岩稳定性和支护因素间的函数关系，提出了围岩地质力学评估→围岩稳定性分类→基本支护方案确定→差异支护参数设计→支护效果检测与优化的分类差异支护设计思路。 (3)构建了巷道围岩稳定性分类指标体系，进行了巷道围岩稳定性整体分类和次分类。定义了能够反映巷道稳定性的围岩塑性率指标，采用计算机数值模拟，拟合了分类指标与围岩塑性率的函数关系，计算出随围岩条件动态变化的分类指标权值，分析确定了以巷道围岩综合强度(顶、底、帮)和应力扰动影响指标的比值0.5、1、1.5、2将开拓准备巷道围岩稳定性分为I、II、III、IV、V类；以顶板、底板、煤帮、护巷煤柱、采动影响等稳定性指标将回采巷道围岩稳定性分为I、II、III、IV、V类，并根据围岩塑性率及差异特征，进行了回采巷道围岩稳定性次分类。 (4)基于大数据融合，构建了巷道基本信息数据库。基于皖北矿区试验巷道统计分析，融合了国内类似条件巷道支护工程实践，构建了包含巷道类型、区域特征、围岩物理力学参数、支护参数、巷道矿压特征、支护效果评价等巷道基本信息的MySQL数据库(开拓准备巷道)Access数据库(回采巷道)。 (5)应用VC++和VB计算机程序，研发了巷道支护智能决策系统，评价分析了5个矿井14条试验巷道原支护参数的适应性，提出了差异化支护方案，进行了工业性试验，检验了智能决策系统可靠性。 (6)进行了现场工业性试验，验证了基于分类差异支护方法的支护智能决策系统的可靠性。项目研究实现了皖北矿区复杂条件巷道差异支护与管理，有效控制了巷道冒顶等事故发生，达到了巷道安全、高效、经济掘进与支护目标；大幅度提高了巷道单进水平和效率，掘进与支护成本显著降低。 3.技术特点 (1)基于大数据融合分析，构建了开拓准备及回采巷道样本数据库，提出了巷道围岩稳定性分类指标体系，进行了巷道围岩稳定性整体分类和次分类。 (2)揭示了巷道围岩稳定性和支护参数间的关系，提出了“围岩地质力学评估→围岩稳定性分类→基本支护方案确定→差异支护参数设计→支护效果检测与优化”的差异支护设计思路及方法。 (3)建立了皖北矿区开拓准备巷道和回采巷道信息数据库，基于数据统计与样本校验分析，开发了巷道支护设计智能决策系统。 4．技术指标研究为皖北煤电集团有限责任公司2014至2016年年巷道掘进工程量突破50万m提供了技术支撑，使岩巷和煤巷的平均单进分别从2011年的68.6m/月和91.3m/月增加到2016年的112m/月和204.5m/月，分别增加了63％、124％；试验矿井巷道掘进及使用过程中无顶板事故，且巷道翻修率降低了90％，取得了良好的技术效益。 5．经济效益截止2016年底，研究成果在皖北煤电刘桥、恒源、五沟、卧龙湖、祁东、钱营孜、任楼等煤矿35条巷道试验，提高的工效新增销售额90243万元，新增利润18049万元，新增利税3068万元，节支总额为12251万元，直接经济效益显著。研究成果在淮南矿业集团谢桥、潘二和淮北矿业集团许疃、桃园等煤矿多个开拓、准备、回采巷道进行了推广应用，为企业新增利润3258万元，新增利税554万元，节支总额为4052万元。 6．社会效益 (1)降低了工人劳动强度，改善了作业环境，提高了巷道掘进、支护、维护效率，提升了煤炭行业形象； (2)改革了巷道差异支护设计与管理方法，实现了复杂条件巷道围岩有效控制，促进了煤炭行业科学技术进步； (3)培养了大量工程技术人员及博士、硕士等高层次人才，为人才培养发挥了重要作用。 该项目研究集成创新了复杂多变难支护矿区的巷道差异化支护技术，研发了巷道差异支护智能决策支持系统，使中国类似复杂地质条件巷道支护实现了新的技术突破。