[00119519]深部巷道围岩强化与稳定控制关键技术

煤炭在现在以及将来相当长的时期内仍将是我国的主要能源。我国的煤炭资源埋深在1000m以下的约2.5万亿t,占煤炭资源总量的53%。随着煤矿开采深度和强度的不断增加,出现了大量的支护困难巷道,包括高应力巷道,强采动影响巷道,围岩松软破碎、极破碎巷道,特大断面巷道,沿空巷道等,据不完全统计,深部巷道实际返修率高达90%以上,井深1000m时的巷道返修率约是井深500m至600m时的3倍至15倍。尤其软弱破碎围岩巷道控制一直是困扰煤矿安全、高效生产的重大难题之一,在各种因素如地应力、强采动、地质构造等影响下,围岩节理裂隙发育、松散破碎、变形剧烈、破坏范围大;冒顶、片帮及底鼓层出不穷,巷道往往需要多次维修与翻修,费用远超成巷费用,据统计,一个年生产能力为120万吨的软岩矿井,每年的巷道维护费用就高达一亿元人民币以上。 锚杆具有支护及时、断面利用率高、节省材料、劳动强度小、经济效益高等优势,在巷道支护中得到了广泛的应用。但是深井巷道处于“三高一扰动”复杂环境,岩体松散破碎,围岩可锚性较差,使得该类巷道围岩控制极为困难。破碎岩体的定量评价,是围岩支护设计的前提;注浆可以从原位上强化围岩,改善支护构件锚固性能,有效控制围岩变形。高预应力支护能够一定程度上恢复围岩应力状态,提高围岩的承载能力,高强拱架支护能够抑制围岩长期变形。 通过本项目研究,建立了围岩数字钻探原位定量测试方法,实现了深部破碎围岩现场实时评价,研发了大型三维地质力学模型试验系统,揭示了深部巷道围岩劣化与强化机制。提出了深部巷道围岩强化与稳定控制体系,研发了旋切钻进测试系统、高预应力恒阻吸能锚索、内锚外注高强锚杆、高强约束混凝土等围岩评价与控制关键技术。建立了深部巷道高预应力完整控制计算与设计方法,形成了“探、锚、注、支”分阶段控制成套施工工法,实现了深部巷道围岩的长期稳定控制。该项目研究促进了巷道支护理论与行业技术进步,整体成果达到国际先进水平,在围岩随钻原位测试方法、高预应力强化控制关键技术等方面达到国际领先水平。