我国煤矿新掘巷道长度12000公里/年,规模巨大,世界第一。巷道的支护成本、速度、可靠性直接影响煤炭企业的经济效益与安全生产。多年来国内外的实践经验表明,锚杆支护是煤巷唯一经济、有效的支护技术,是煤矿实现安全、高效生产必不可少的关键技术。
随着煤矿开采强度与深度的显著增加,地质条件越来越复杂,巷道断面越来越大,受动压影响越来越强烈,对支护技术提出了更高、更苛刻的要求。开采研究院通过大量的理论研究、数值模拟及井下试验,提出了预应力支护理论,研发了高强度高刚度强力锚杆、高延伸率强力锚索及配套机具,对支护构件的合理匹配进行了精细化研究,使锚固支护体系更加合理、科学,最大限度地发挥支护系统的整体支护效果,充分发挥了锚杆主动、及时的支护作用。
针对深部高应力强采动巷道提出了“支护-改性-卸压”三位一体协同控制理念和“三主动”支护理念,一是通过高预应力锚杆(索)及时主动支护,抑制锚固区内围岩不连续、不协调的扩容变形,在围岩中形成预应力承载结构;二是通过高压劈裂主动注浆改性,提高巷帮煤体的强度、完整性及煤层中锚杆(索)锚固力;三是在工作面回采前选择合理层位进行水力压裂主动卸压,减小侧方和采空区后方悬顶,并产生新裂隙,激活原生裂隙,降低工作面回采时采动应力量值和范围。“支护-改性-卸压”协同控制理念可以有效地改善围岩应力状态,抑制围岩强度衰减,提高煤层结构强度与完整性,对深部与复杂困难巷道支护的发展起到了有力的推动作用。
研究成果已广泛应用于我国新汶、潞安、晋城、阳泉、山西焦煤、义马、晋能、兖矿、大同、宁煤、鄂尔多斯等几十个矿区,成功解决了千米深井、冲击地压、软岩巷道、强动压巷道等支护难题,为应用矿区创造了巨大的技术经济效益和社会效益。以大量的理论研究和现场实践为基础,主持制定了国家标准《煤矿巷道锚杆支护技术规范》及多项行业标准,获得了较高的业内声望,奠定了行业领军地位。
“支护-改性-卸压”协同控制技术示意图 义马冲击地压巷道支护效果图