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矿山地下工程教育部工程研究中心研究方向

1.特殊法凿井与关键技术

(1)深厚表土地层冻结法凿井理论与技术研究

针对深井冻结壁的安全稳定性和防止冻结管断裂事故等关键问题,系统地开展了深埋地层人工冻土物理力学性能试验、多圈管冻结模型试验、冻结壁流变特性试验等基础理论研究,揭示了多圈管冻结壁形成与融化规律;提出了深埋冻土蠕变损伤本构模型和冻结壁水热力耦合计算方法;完善了深井冻结壁设计与变形控制理论体系,有力地推动了我国了深井冻结法凿井理论发展与技术进步。[“两淮矿区复杂地层条件下深大井筒特殊法凿井关键技术与应用获国家科技进步二等奖,2009一种钻打冻结粘土炮眼的新型钻杆和钻头获国家专利,2004;编写人工冻土力学实验规程2010;出版冻土爆破性与可钻性试验及其应用专著,2007;出版深部冻结黏土蠕变损伤耦合本构模型及应用研究专著,2011]

(2)冻结法凿井信息化施工技术研究

针对冻结法工艺复杂、影响因素多、冻结壁性状随时空变化等特点,研究并解决了复杂工程状况与计算建模中的难题,研发了冻结法施工安全信息可视化网络软件,建立了集冻结设计、过程控制为一体的信息化安全管理平台。该研究成果已在60多个井筒中得到了推广应用,技术经济效益显著。[“淮南矿区深厚表土层冻结法凿井关键技术研究获安徽省科学技术一等奖,2006深厚冲积层斜井冻结法凿井关键技术研究获省部级科学技术二等奖,2011深厚表土冻结法凿井信息化施工技术研究获安徽省科学技术三等奖,2006电阻率监测冻结井壁温度场的方法获国家发明专利;深表土冻结可视化软件(网络版)获软件著作权,2011;出版人工冻结法的理论与施工技术专著,2007]

3)钻井法施工关键理论与技术

首次得到了C70高强高性能钢筋混凝土钻井井壁和双层钢板C70高强高能混凝土复合井壁结构的应力、变形和强度特性;得到了钻井井壁用C60C70高强高性能泵送混凝土配合比,并成功地应用于工程实践;提出了高强钢筋混凝土钻井井壁和双层钢板高强高性能混凝土复合钻井井壁设计新理论;提出了井壁筒悬浮下沉竖向稳定性的计算新方法;通过试验研究,首次得到了高强钻井井壁新型高强微膨胀节间注浆材料配合比;通过工程实测,首次得到了钻井法凿井深于500m冲积层的永久地压值;创造了钻井法施工深(660m)、大(净直径7.3m)井筒的新纪录。

一扩成井超前钻头和扩孔钻头分级、合理的钻进参数、钻孔偏斜规律和控制措施,钻进过程中监测分析的地层参数识别与评价技术,一扩成井工程稳定性分析与控制技术。[“巨厚冲积层深、大井筒钻井法凿井关键技术研究及工程应用获安徽省科学技术一等奖;2006一扩成井快速钻井法凿井关键技术及装备研究获安徽省科学技术一等奖,2011净径8.3m超大井筒穿厚表土钻井法设计施工关键技术与智能监控方法获安徽省科学技术二等奖,2010“AD130/1000型动力头钻机研制与工程应用获安徽省科学技术二等奖,2009]

2.矿山井壁结构设计理论

80年代初建成了国内加载能力最大的矿井井壁结构试验台及其装置。针对深厚冲积层地压大、井筒支护设计难等特点,研发了新型系列高强井壁结构,主要包括C60C100高强高性能钢筋混凝土冻结井壁结构,双层钢板C60C100高强高性能混凝土复合钻井井壁结构。提出引入筑壁材料强度提高系数的井壁结构设计理论;完善钻井法井筒悬浮下沉竖向结构稳定性设计计算方法;形成了系列高强井壁结构设计理论体系。解决了深厚冲积层特殊法凿井井筒支护难题。[“冻结井可缩性井壁接头及其施工方法获国家发明专利,2009一扩成井快速钻井法凿井关键技术及装备研究获煤炭工业协会科学技术特等奖,2011]

针对我国黄淮地区特殊地层煤矿立井井筒发生井壁破裂现象,研究并揭示了特殊地层井壁破裂机理;提出破裂井壁修复治理方法,形成了卸压槽法修复井壁的设计理论;首创不停产修复破裂井壁施工新技术。为防止在特殊地层中新建矿井发生井壁破裂现象,提出竖向可缩性井壁结构设计理论,研发了竖向可缩性井壁结构。该研究成果已在安徽淮北、河南永夏、江苏徐州、山东兖州等矿区得到了推广应用,已修复破裂井筒30多个,取得了巨大的社会经济效益。[“特殊地层条件下井壁破裂的机理与防治技术获国家科技进步二等奖1999沉降地层井筒破裂防治技术研究与推广应用获教育部科学技术二等奖;2009冻结井可缩性井壁接头及其施工方法获国家发明专利(ZL200610086242.2]

3.巷道支护技术

1)千米深井地面预注浆关键技术

研制了高压耐腐蚀柱塞、吸排浆阀系统;研制了耐用、耐高压的止浆胶筒;研制了耐高压止浆机具架体结构;研制了高压止浆机具模拟试验台,通过模拟试验研究了止浆机具破坏机理。研制注浆压力、流量、配比等注浆参数自动采集监控系统;研制注浆材料自动上料、计量系统,形成一套集高效的制浆、数据采集、传输、处理及监视于一体的注浆监控系统。[副主编锚固与注浆技术手册2009]

研制了裂隙注浆模拟试验台,对深井注浆参数进行了模拟试验研究,为注浆设计提供了依据;确定了千米深井合理的注浆工艺参数。进行了地层可注性分类研究,建立可注性影响指标体系,评价地层可注性。研究适合大裂隙、破碎带等特殊地层加固堵水的水泥基塑性早强注浆材料。研究塑性早强注浆材料地面预注浆的工艺参数。研究适合细小裂隙、孔隙性含水层等特殊地层的低粘度复合化学注浆材料的添加剂及配方;研究地面预注化学浆的注浆工艺参数。[“立井深厚表土层冻结造孔与基岩S孔地面预注浆完全平行综合技术获安徽省科学技术三等奖,2006]

2)岩巷围岩控制理论与支护技术

针对深埋巷道围岩处于三高一扰动的复杂地质环境,提出了刚柔相济的锚喷-弧板支护理论,研制了C100级高强混凝土弧板支架、钢筋网壳锚喷支架以及钢管混凝土支架;集成创新了困难条件下巷道支护设计与施工工艺,有效解决了软弱围岩破碎带施工技术难题。[“杜儿坪矿动压失稳巷道网壳锚喷支护技术研究获煤炭工业协会二等奖,2009岩巷喷射钢纤维混凝土支护试验研究与工程应用获省部级二等奖,2011深部高应力巷道围岩破裂演化机理及其稳定控制技术的研究与应用获煤炭工业协会二等奖,2010]

3)深井连接硐室群支护理论与技术

基于深立井连接硐室群三维数值分析和相似模型试验,揭示了硐室群围岩位移与应力分布规律;提出了硐室群围岩最佳支护方案和确定最优施工方案方法;建立了深立井连接硐室群围岩动态支护体系。提出了二次衬砌为钢纤维混凝土的新型马头门支护结构形式,该种支护结构具有抗剪切能力强,适应承受深井高地压或不均匀地压等优点。得到了千米深立井连接硐室群围岩变形及其相互影响规律,给出了及时合理的围岩注浆加固和二次支护时间。有效地解决了复杂地质条件下千米深立井连接硐室群支护问题。于20091223日,通过安徽省科技厅组织科研成果鉴定,研究成果达到国内领先水平。

4.爆破安全技术

1)新型煤矿许用爆破器材研究

针对地下矿山工程爆破中岩石夹制作用强、破碎运动困难和围岩稳定性要求高等特性,成功研制出用以提高破岩效率的新型高威力煤矿许用水胶炸药、低密度低爆速光面爆破专用炸药、煤矿瓦斯抽采水胶药柱和高精度煤矿许用延期电雷管等一系列新型爆破器材。[“煤矿许用低爆速水胶炸药及其制造方法已获得了国家发明专利(ZL200610090783.2);出版了行业标准《煤矿瓦斯抽采水胶药柱》2010粉状硝铵炸药专用复合油相获得国家发明专利(ZL200710134269.9);爆炸焊接专用硝铵粉状炸药获得国家发明专利(ZL200910144068.6);用于雷管的微起爆药获得国家发明专利(ZL200810233944.8);煤矿许用低爆速水胶炸药及其制造方法获国家发明专利(ZL 20061009078.3);煤矿瓦斯抽采水胶药柱获得了中国工程爆破协会科技进步二等奖,2007]

2)爆炸能量控制理论与技术研究

围绕深部矿井高应力下岩性多变、煤层高瓦斯低透气性等特点,建立了高应力条件下软岩和煤层爆炸裂纹传播的力学模型,提出爆炸裂纹传播规律和扩展长度的计算方法,集成创新了深部矿井岩体内爆破卸压、爆炸注浆等理论和技术。研制了高瓦斯低透气性煤层增透深孔专用爆破药柱,提高了高瓦斯低透气性松软突出煤层的瓦斯抽采率。[“低透气性煤层群无煤柱煤与瓦斯共采关键技术获国家科技进步二等奖,2007深井低透气性煤层揭煤防突关键技术研究获安徽省科学技术一等奖,2009]

高效爆破破岩理论研究。深入研究深部高应力岩石爆破破碎理论,建立了井巷微差爆破延迟时间和爆破参数计算模型;提出了立井深孔孔内分段空间微差直眼掏槽、坚硬岩石巷道集能掏槽、大孔距崩落爆破、周边控界爆破等技术,提高了爆破破岩效率,研制出井巷掘进爆破参数计算机辅助设计软件。[“高瓦斯矿井硬岩巷道不同阶微差掏槽爆破技术研究获省部级科学技术二等奖,2009炮孔水耦合装药爆破破岩机理模型试验研究获安徽省科学技术三等奖,2006]

深井围岩控制爆破及参数优化研究。建立了井巷周边预裂、光面控制爆破的力学模型,揭示了爆炸载荷作用下岩体动态失稳的力学机理,优化了各种施工条件下的爆破参数,完善了井巷掘进控制爆破理论与技术。研究成果在矿井建设爆破中得到了广泛应用,并产生了显著的社会和经济效益。[“黄淮地区大直径深立井快速掘进技术及工程实践研究获省部级科学技术三等奖,2006煤矿深井岩巷掘进动态破岩与围岩控制技术研究获安徽省科学技术三等奖,2009]

爆炸注浆加固围岩理论与技术。利用分形理论研究了软弱层带工程特性,并建立了分形损伤参量。提出了爆生应力波作用下软弱层带内裂隙区半径的范围和对应力波损伤作用下的爆生裂纹扩展长度计算公式。建立了岩石爆破脆性断裂爆破模型,研究爆生裂缝扩展规律。采用地震波CT成像和电法CT成像技术,对不同装药结构和不同装药量时切面内的岩体裂隙发育形态和空间展布进行深入研究。深入开展软弱层带不同时刻的应力场、应变场及位移场研究,为实现软弱层带爆炸注浆参数优化提供了理论依据。[出版软弱层带爆炸注浆机理及应用专著1]

 
 
 
 
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