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矿山地下工程教育部工程研究中心 研究方向

研究方向一:冻土力学与工程

针对复杂工程地质和水文条件,依据安徽、山东等全国近50个矿井井筒检查孔人工冻土物理力学性能的试验数据,建立冻结壁温度场、水分迁移场、应力场、位移场的4场耦合计算模型,优化深厚表土地层人工多圈管冻结方案。根据冻结孔实际成孔资料,通过数值模拟得到冻结壁交圈时间,预测了冻结壁厚度、平均温度和井帮温度等关键指标,为井筒掘砌的信息化施工和冻结冷量控制提供了科学依据;依据冻结井壁高性能混凝土配制原则,通过大量的试验研究,研制了可防止温度裂纹、提高井壁混凝土的耐久性的冻结井筒高性能混凝土,并成功地应用于工程实践;通过复杂地质条件下深部井筒冻结井壁内、外力现场监测,获得深厚冲积层冻结压力和井壁内力实测数据,有力保障了复杂地质条件下超大直径深井冻结法凿井的施工安全,并为今后类似条件矿井井壁设计和施工提供了极为有益的参考。针对城市交通隧道、大型桥墩基础施工环境差、影响因素多等关键难题,应用人工冻结法解决了地铁隧道在复杂环境下浅埋大断面超长水平冻结施工技术难题,近3年研究方向逐渐向复杂条件下城市地下工程冻结法施工的关键技术转移。该方向研究成果发表SCIEI论文20余篇,授权监测渗流对冻结温度场影响的试验装置及方法等发明专利8项,获省部级科技进步奖2项,获批国家自然科学基金等项目5项。

标志性技术成果:富水浅埋超大断面隧道管幕冻结法施工关键技术

自主知识产权情况及其水平:

[1] “两淮矿区安全改建工程深立井凿井关键技术研究与应用2018年安徽省科学技术三等奖.

[2] “深厚表土冻结法施工人工冻土控制爆破的工艺方法2015年中国岩石力学与工程科学技术三等奖.

[3] 监测渗流对冻结温度场影响的试验装置及方法,专利号:201710135229.X2018-04-12. (发明授权)

[4] 监测冻结壁温度、应力及变形的分布式光纤及其埋设方法,专利号:201510494801.22017-12-01. (发明授权)

研究方向二:矿山井壁结构

深入研究了煤矿深井马头门及连接硐室群围岩应力与变形分布特征,得到其围岩在施工过程中相继出现的应力突变区转移区扰动叠加区及其演化规律,揭示了煤矿深井马头门及连接硐室群围岩扰动与破损机理,为寻求控制围岩稳定技术途径、确定相应支护策略提供了理论基础;研究了煤矿深井马头门及连接硐室群空间位置与围岩扰动之间的内在联系,寻求施工扰动效应对硐室群围岩稳定性与支护结构受力状态影响最小的目标,提出了煤矿深井马头门及连接硐室群空间位置优化布置原理,创新完善了煤矿深井马头门及连接硐室群设计方法,从源头上避免了马头门及硐室群彼此邻近而发生的扰动破坏;深入研究了不同工程地质条件下深井马头门及连接硐室围岩稳定性控制策略,针对软弱地层深井马头门及连接硐室群围岩易失稳,且断面大、纵深长,常用地面预注浆加固技术无法全覆盖的难题,研发了L型钻孔地面预注浆加固围岩技术;为减少深井马头门及连接硐室群施工过程中彼此间发生的扰动效应,研发了卸压孔控界爆破和隔离孔(缝)控制扰动等围岩稳定与控制技术;基于深井马头门及连接硐室群的受力特性和扰动破损机理,因马头门位于应力突变区,围岩应力发生突变,易造成支护结构出现压剪和受拉破坏,研发了高性能钢纤维混凝土新型结构;针对膨胀性软岩或遇水泥化、砂化地层,马头门处支护结构承受变形压力大、极易发生破坏等特点,研发了沥青板缓冲层钢骨混凝土复合支护结构。最终形成复杂地质条件下超大直径深井建井与连接硐室群破损治理等关键技术系列研究成果,并在两淮矿区、西部矿区的深井矿山建设工程中得到应用,确保了立井井筒和马头门安全、高效和快速地建成,取得了显著的社会经济效益。该方向研究成果发表SCIEI论文25篇,授权发明专利15项,获安徽省、中国煤炭工业协会等省部级科技进步奖5项。

标志性技术成果:复杂地质条件下超大直径深井建井关键技术、煤矿深井马头门及连接硐室群破损机理及治理技术

自主知识产权情况及其水平:

[1] “煤矿深立井连接硐室群围岩扰动效应与控制技术2014年安徽省科学技术一等奖.

[2] “深厚表土层高地应力条件地面钻井抽采卸压瓦斯抽采成套技术与工程应用2014年国家能源科技进步一等奖.

[3] “千米深井围岩改性L型钻孔地面预注浆关键技术2015年安徽省科学技术三等奖.

[4] “张集矿第二副井境地车场及连接硐室群围岩动态响应规律及控制技术研究2017年煤炭工业协会科学技术三等奖.

[5] “潘谢矿区煤炭开采对浅层水环境的影响研究2014中国煤炭工业协会科学技术三等奖.

[6] 邻近既有井筒条件下新建煤矿深立井地面预注浆监控系统,专利号:201710113252.92018-01-02. (发明授权)

[7] 一种多功能常规三轴加载装置,专利号:201610042088.22018-02-23. (发明授权)

[8] 一种深埋地层高压注浆模拟试验装置及试验方法,专利号:201710077697.62017-12-22. (发明授权)

[9] 深立井马头门三维物理模型装置与方法,专利号:201410538234.12014-10-13. (发明授权)

[10] 一种煤矿副井管子道结构及其施工方法,专利号:201410397317.32014-08-08. (发明授权)

[11] 煤矿深立井抗扰动马头门结构,专利号:201410173991.32014-04-22. (发明授权)

研究方向三:巷道支护技术

针对高地应力、软岩巷道支护关键技术难题,采用全封闭式的网壳锚喷支架特别适应高地压、特困难地层下的软岩巷道及采动地压、冲击地压作用下的巷道支护技术,研制了深部高地压巷道系列支护技术,并先后在安徽、河南、江苏、江西、山东的十多个矿区得到了推广应用,取得了显著的技术经济效益。针对地质构造带段岩体异常破碎、松散、含水,掘进时巷道出现大变形等重大工程技术难题,联合应用巷道围岩超前注浆加固技术、新型支护结构和信息化施工技术,确保了巷道的施工和运行安全。研发了煤矿深井巷道全断面硬岩掘进机,系统开展全断面硬岩掘进机施工围岩力学响应及稳定性控制、井下运输、组装、始发、掘进、拆解施工关键技术与工艺,形成了煤矿深井巷道全断面硬岩掘进机快速施工及装备研发关键技术体系。针对矿山深部开掘,矿井热害逐步加剧的现状,采用隔热混凝土喷层的方法构建主动隔热层以治理矿井热湿环境,工程化应用表明新型阻热材料是高温巷道热害治理、降低设备制冷能耗、提高矿井降温效率的重要途径。该方向研究成果发表SCIEI论文23篇,授权发明专利5项,获安徽省、煤炭工业协会等省部级科技一等奖4项、二等奖11项,承担国家级项目3项。

标志性技术成果:深部高地压巷道系列支护技术、深立井煤矿硬岩巷道TBM快速掘进技术、主动隔热巷道混凝土喷层材料研发

自主知识产权情况及其水平:

[1] “强突出煤层软岩保护层开采关键技术研究2017年中国煤炭工业协会科学技术一等奖.

[2]“深井煤层群煤与瓦斯共采理论与关键技术及工程应用2017年中国煤炭工业协会科学技术一等奖.

[3] “深部中软煤层瓦斯含量法预测煤与瓦斯突出理论与成套技术研究2014年安徽省科学技术一等奖.

[4] “瓦斯含量法预测突出危险及检验卸压效果技术装备研究2017年中国煤炭协会科学技术一等奖.

[5] “深部地质异常带记破损软弱富水巷道围岩稳定控制技术与应用2016年安徽省科学技术二等奖.

[6] “深井高应力软岩巷道局部弱支护机理与合理支护形式研究2018年绿色矿山科学技术二等奖.

[7] “强构造应力环境巷道围岩变形机理与控制技术研究2015年中国煤炭工业协会科学技术二等奖.

[8] “极复杂工程地质条件大倾角厚煤层采场围岩控制机理及综采关键技术2015年中国煤炭工业协会科学技术二等奖.

[9] “复杂条件下破碎围岩巷道深浅支撑层控制技术研究与应用2014年教育部科技进步二等奖.

[10] “皖北矿区复杂条件主采煤层综采面顶板分类防控与工程实践2014年中国煤炭工业协会科学技术二等奖.

[11] “皖北矿区巷道支护智能决策系统研发与工程应用2017年中国煤炭工业协会科学技术二等奖.

[12] “典型强冲击矿井综放采场沿空巷道防冲装备与技术2014年中国煤炭工业协会科学技术二等奖.

[13] “深埋厚煤层成孔卸压防冲关键技术2016年中国煤炭工业协会科学技术二等奖.

[14] “机械手湿喷混凝土关键技术研究2017年中国煤炭工业协会科学技术二等奖.

[15] “千米深井硬岩段高效爆破与快速掘进关键技术研究2014年安全生产科技成果二等奖.

[16] “极松散厚煤层及高应力松动泥岩中锚杆锚固与支架相互增强技术研究2014年安全生产科技成果三等奖.

[17] “极破碎顶板条件下底分层综采顶板控制及火灾防控技术2015年安徽省科学技术三等奖.

[18] “软弱围岩蠕变动力演变规律与相应的支护策略研究2014年中国煤炭工业协会科学技术三等奖.

[19] “皖北矿区岩巷快速掘进综合配套技术研究2014年中国岩石力学与工程科学技术三等奖.

[20] “喷射抗渗防裂新型支护材料关键技术试验研究与工程应用2015年中国煤炭协会科学技术三等奖.

[21] “极复杂工程地质条件大倾角厚煤层采场围岩控制机理及综采关键技术2015年安徽省科学技术三等奖.

[22] “保护层开采地面群孔抽采卸压瓦斯关键技术研究2014年中国煤炭工业协会科学技术三等奖.

[23] “复杂条件下软弱破碎巷道围岩深浅支撑层结构稳定性研究与工程应用2014年中国煤炭工业协会科学技术三等奖.

[24] “深部高温热害防治阻热材料研究及其工程应用2017年绿色矿山科学技术三等奖.

[25] 深井高应力软岩巷道U型钢增强复合锚网支护结构及其施工方法,专利号:201611166250.82019-04-30. (发明授权)

[26] 用于治理深井高应力软岩巷道底臌的复合锚网及该复合锚网的施工方法,专利号:201610884269.X2018-12-28. (发明授权)

[27] 用于治理巷道底臌的钢混反拱与锚杆的组合结构及该组合结构的施工方法,专利号:201610894461.72018-05-08. (发明授权)

[28] 过地质异常带极破碎软岩巷道的施工方法,专利号:201310399662.62013-08-27. (发明授权)

[29] 一种矿用TBM硐室底板硬化方法,专利号:201710381737.62018.02.23. (发明实审)

[30] 一种地下矿井TBM拆卸施工方法,专利号:201710385845.02018.06.22. (发明实审)

[31] 一种地下矿井TBM组装施工方法,专利号:201710385851.62018.06.15. (发明实审)

[32] 矿山隔热三维钢筋混凝土衬砌,专利号:201510909386.22017-12.08. (发明授权)

[33] 立井煤矿硬岩巷道全断面掘进机施工工法. AHGF30-17,建质函[2018]122号,2018.01. (工法)

研究方向四:爆破安全技术

研究了新型高威力煤矿许用水胶炸药爆炸应力波动态破岩机理,得到大断面硬岩巷道掘进合理微差间隔时间为40~60ms;研制了高精度毫秒延期电雷管。提出了巷道掘进单面切槽爆破药柱和孔底聚能掏槽技术,通过室内相似模拟试验和现场应用,研究了该药柱爆破破岩机理,分析了模型体内的爆炸应力场分布和裂纹扩展形态。结合煤矿硬岩巷道工程地质和钻爆设备情况,提出岩巷掘进爆破大直径掏槽孔和崩落孔、小直径周边孔的组合爆破技术;揭示爆破动载对锚喷支护及围岩的损伤机理。研究了无限岩体超前深孔爆破致裂机理,通过在综掘巷道硬岩段岩体内采用大直径炮孔超前爆破,增强开挖岩体破裂和损伤程度,提高综掘机切割效率,形成了硬岩大直径深孔超前破裂爆破技术;提出了基于爆破损伤的综采工作面厚硬顶板深孔爆破参数设计方法,优化了爆破施工工艺,形成了综采工作面厚硬顶板超前深孔爆破卸压、增透成套技术;创新了顶板深孔爆破致裂瓦斯增透抽采方法;制定了综采工作面超前深孔预裂爆破技术规范。该方向研究成果发表SCIEI论文25篇,授权一种单面切槽爆破药柱壳体等发明专利11项,获安徽省科技进步三等奖1项、中国爆破行业协会科学技术进步二等奖2项,承担国家级项目5项。

标志性技术成果:煤与瓦斯突出煤层综采工作面远场解危关键技术、煤系与岩溶地层隧道施工关键技术、综掘岩巷硬岩段大直径深孔超前致裂爆破技术

自主知识产权情况及其水平:

[1] “大断面煤系与岩溶地层隧道施工关键技术2016年安徽省科学技术三等奖.

[2] “煤与瓦斯突出煤层综采工作面远场解危关键技术2016年中国爆破行业协会科学技术进步二等奖.

[3] “综掘岩巷硬岩段大直径深孔超前致裂爆破技术2018年中国爆破行业协会科学技术进步二等奖.

[4] 一种螺旋聚能型掏槽药柱壳体,专利号:201410728318.12016.08.17. (发明授权)

[5] 一种带有双重压力指示的矿用支架,专利号:201510844984.62017.05.17. (发明授权)

[6] 一种高强度的及时支护装置,专利号:201610825986.52018.10.19. (发明授权)

[7] 一种能够自动调整支撑刚度的矿用支架,专利号: 201610825232.X2018.05.18. (发明授权)

[8] 一种带多级倒枝的新型中空注浆锚杆,专利号:201510092071.32015.02.28. (发明授权)

[9] 一种带钢筋骨架的大头聚能射孔管式注浆锚杆及施工方法,专利号:201410604625.92014.10.30. (发明授权)

[10] 一种带钢筋骨架的聚能射孔中空注浆锚杆及施工方法,专利号:201410598954.72017.06.09. (发明授权)

[11] 一种单面切槽爆破药柱壳体,专利号:201710251285.X2019.02.12. (发明授权)

[12] 一种高应力围岩巷道的卸压方法,专利号: 201810414583.02019.09.02. (发明授权)


 

 
 
 
 
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