煤矿深立井连接硐室群围岩扰动效应与控制技术文档格式.docx
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（3）研发了不同工程地质条件下的深立井连接硐室群系列新型支护结构，如深井马头门处钢纤维混凝土支护结构、深井马头门上口新型井壁结构、深井箕斗装载硐室新型支护结构、沥青板缓冲层钢骨混凝土复合支护结构、重叠式全圆形U型钢可缩性支架、三角网格式立体钢筋网片新型结构和装配式钢板混凝土弧形板支架等。
（4）综合考虑硐室群施工和经济约束条件，提出了煤矿深立井连接硐室群施工顺序全局优化方法。
创新了深立井连接硐室群围岩扰动控制施工技术，如卸压孔控界爆破技术、隔离孔（缝）控制扰动技术和高密度电阻率法围岩松动圈监控技术等。
知识产权授权情况：
本项目获授权发明专利6项、实用新型专利9项。
主要技术经济指标：
2006年以来，本项目研究成果先后在13个煤矿共计34个深立井连接硐室群得到成功应用与推广，确保了硐室群围岩和支护结构的稳定性，实现了共计约9.4km长深立井连接硐室群的快速建成与运营安全，取得了显著的社会和经济效益。
推广应用前景：
本项目研究成果可广泛推广应用于我国煤矿新井建设与改扩建工程中，将产生更大的社会与经济效益。
（四）客观评价
1．与国内外相关技术的比较
（1）国内同类技术水平
2000年以前，国内研究重点主要是600m以浅的矿井马头门等主要大硐室的支护技术方面，研究内容支离、局限。
由于其埋深浅、地压小，工程地质条件相对简单，多采用单一的常规复合支护技术途径实现硐室群围岩稳定。
但是，600m以深地层的岩性、地压等自然因素与浅层差别较大，工程因素引发的硐室群围岩扰动效应规律有别于浅立井，采用单一的技术途径难以保证硐室群围岩稳定。
其后，随着我国煤炭开采深度的不断加大，工程地质条件复杂，地压显现强烈，在建和运营的煤矿深立井连接硐室群出现不同程度破坏的现象时有发生，严重威胁矿井安全生产。
对此，国内有关专家和工程技术人员开展了相关研究，取得了系列研究成果。
但缺乏从煤矿深立井连接硐室群围岩扰动效应、设计方法、支护结构和施工技术等方面的系统深入研究。
（2）国外同类技术水平
此前，国内、外缺乏对煤矿硐室群围岩扰动效应的系统、深入研究，虽曾提出井筒马头门开挖将导致该处出现应力集中现象，但对硐室群区域的应力状态和应力性质演变规律缺乏全面了解，对引发硐室群间围岩扰动主要因素认识不清，难以深刻揭示深立井连接硐室群围岩失稳机理。
国内对煤矿深井硐室群的支护技术也进行了一些有益的研究，研究成果主要针对深井硐室群中马头门这一特定复杂结构的支护技术进行研究，侧重于支护结构失效后的修复技术及其优化，未将马头门上下段井筒及其周边小硐室群纳入到研究的范围内，难以从总体上阐明硐室群围岩失稳机理及支护结构的力学特性。
国外，波兰布多科普矿井建设研究和发展中心提出了一种钢制框架马头门结构，并应用于波兰8个煤矿马头门，取得了较好的支护效果。
虽然该种支护结构具有承载力高的优点，但其存在加工精度要求高、架设难度大、施工速度慢、造价昂贵等缺点，不适合我国国情，难以推广应用。
乌克兰建井专家通过总结克里沃罗日斯克、顿涅茨克和库兹涅茨等煤矿马头门施工经验基础上，提出了马头门与立井井筒同步开挖的施工工艺，但它只是针对马头门施工单一工序，并没有对煤矿硐室群整个系统施工工艺进行优化，研究缺乏系统性，应用价值有限。
而本项目以两淮矿区深井开发为主要工程对象，采用理论分析、数值计算、模型试验和工程实践相结合的方法，系统开展了煤矿深立井连接硐室群围岩扰动机理、设计方法、支护结构和施工技术等方面研究，首次形成了煤矿深立井硐室群围岩稳定性控制技术体系。
2．项目鉴定结论
（1）本项目于2006年~2009年在淮南矿业（集团）有限责任公司丁集煤矿、潘北煤矿、谢一煤矿、朱集东煤矿等深立井连接硐室群中得到成功实施后，杨裕官、郑高升等国内矿井建设专家对研究成果给出了如下评价：
本项目以深立井连接硐室群为研究对象，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；
首次得到了千米深井连接硐室群围岩变形及其相互影响规律；
首次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；
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。
（2）本项目研究成果于2009年~2013年在淮南矿业（集团）有限责任公司、淮北矿业（集团）有限责任公司、国投新集能源股份有限公司下属各矿深立井连接硐室群中得到广泛推广应用，推广应用过程中项目研究成果得到进一步丰富、完善和创新，赵时运、李宾等国内矿井建设专家对研究成果作出了如下评价：
采用理论分析、数值计算、模型试验和工程实践相结合的方法，系统研究了煤矿深立井连接硐室群围岩扰动效应与控制技术问题。
揭示了煤矿深立井连接硐室群围岩扰动机理；
提出了深立井连接硐室群优化空间布置、合理间距等设计方法和煤矿深立井连接硐室群最优施工方案；
针对不同地质条件下煤矿深立井连接硐室群的工程特点，研发了钢筋钢纤维高性能混凝土碹体、三角网格式立体钢筋网片、重叠式U36型钢加强支护、沥青板滑动层复合结构等系列新型支护结构形式；
系统提出了包括相邻硐室爆破动荷载消减方法、马头门相邻巷道和硐室围岩变形控制技术、设置扰动影响隔离孔和在钢筋混凝土碹体之间设置隔离缝等煤矿深立井连接硐室群围岩扰动效应综合控制技术。
并完成了工业性试验及大范围推广应用。
该项目成果对解决煤矿深立井连接硐室群围岩扰动效应与控制技术难题具有重要的实用价值。
该研究成果达到了国内领先、国际先进水平。
（3）项目获奖情况：
本项目荣获2014年度安徽省科技进步一等奖。
（五）推广应用情况
本项目研究成果于2006年~2009年在淮南矿业（集团）有限责任公司丁集煤矿（主、副、风井硐室群）、潘北煤矿（主、副、风井硐室群）、谢一煤矿望峰岗井（主、副、风井硐室群）、朱集东煤矿（主、副、风、矸石井硐室群）、淮北矿业（集团）有限责任公司桃园煤矿（新副井硐室群）、亳州煤业股份有限公司刘店煤矿（主、副、风井硐室群）中得到成功应用。
又于2009年~2013年在淮南矿业（集团）有限责任公司潘集第一煤矿（二副井、东区主井、一副井、二副井、风井硐室群）、潘集第三煤矿（新西风井、二副井硐室群）、张集煤矿（二副井硐室群、东进风井、回风井硐室群）、淮北矿业（集团）有限责任公司海孜煤矿（新副井硐室群）、信湖煤矿（主、副、风井硐室群）、国投新集集团板集矿（主、副井硐室群）、新集一矿（西副井硐室群）中得到推广应用。
本项目研究成果先后在13个煤矿共计34个深立井硐室群得到成功应用与推广，确保了硐室群围岩和支护结构的稳定性，各深立井连接硐室群节省工期约0.5~1月，实现了共计约9.4km长深立井连接硐室群的建设与运营安全，取得了显著的社会经济效益。
（六）主要知识产权证明目录
知识产权类别
知识产权具体名称
国家
（地区）
授权号
授权日期
证书编号
权利人
发明人
专利有效状态
发明
专利
煤矿深立井连接硐室群结构及其布置方法
中国
ZL201310450446.X
2015.05.13
1663916
安徽理工大学
程桦、荣传新、姚直书、王晓健、蔡海兵、宋海清、汪春芹、秦勇、郑腾龙
有效
马头门复合支护结构及其施工方法
ZL201310450319.X
2015.06.03
1683830
程桦、姚直书、荣传新、汪春芹、秦勇、蔡海兵、宋海清、王晓健、郑腾龙
深井马头门支护结构及其施工方法
ZL201310449959.9
2015.04.08
1628569
程桦、蔡海兵、姚直书、荣传新、宋海清、王晓健、郑腾龙
深立井马头门三维物理模型实验装置与方法
ZL201410538234.1
2015.09.23
1795332
荣传新、程桦、荣隽锋、姚直书、王晓健、蔡海兵、黎明镜、宋海清、郑腾龙
过地质异常带极破碎软岩巷道的施工方法
ZL201310399662.6
2015.10.21
1820325
姚直书、程桦、唐永志、许绍东、荣传新、宋海清、蔡海兵、王晓健、郑腾龙
一种高强度低放热矿用阻燃注浆加固材料及其制备方法
ZL201310167698.1
2014.09.10
1477497
安徽大学
夏茹、唐永志、李彬、朱述文、陈鹏、钱家盛、程桦、荣传新、杨斌、苗继斌、苏丽芬
实用新
型专利
一种煤矿副井管子道结构
ZL201420458589.5
2014.12.24
4012627
姚直书、程桦、王晓健、郑腾龙、荣传新、蔡海兵、宋海清
煤矿深立井抗扰动马头门结构
ZL201420211171.4
2014.09.03
3779748
姚直书、程桦、郑腾龙、荣传新、蔡海兵、汤江明、王成博、张海骄
煤矿巷道喷层支护用三角网格式立体钢筋网片
ZL201320564490.9
2014.03.12
3447078
程桦、唐永志、宋海清、荣传新、姚直书、张五一、蔡海兵、王晓健、郑腾龙
煤矿深井马头门处一种新型井壁结构
ZL200920180566.1
2010.08.11
1499001
姚直书、程桦、荣传新、宋海清、邓昕、王晓健、蔡海兵
到期失效的专利
（七）主要完成人情况
姓名
排名
行政职务
技术职称
工作单位
完成单位
对本项目技术创造性贡献
程桦
1
校长
教授
作为项目负责人，全面负责项目研究和成果推广应用工作。
揭示了煤矿深立井连接硐室群围岩扰动机理，发现深立井连接硐室群围岩应力存在“突变区”、“转移区”和“扰动叠加区”及其演化规律，提出深立井连接硐室群空间位置优化布置原则和方法。
撰写并完成了科研阶段报告和研究成果总结报告。
专利1~10可作为我的旁证材料。
姚直书
2
所长
作为该项目的主要负责人之一，主要负责项目的工程技术研究工作。
研发了适应不同工程地质条件的深立井连接硐室群系列新型支护结构，提出了煤矿深立井连接硐室群围岩“应力转移区”边界设置扰动影响隔离孔或支护结构隔离缝等技术创新。
专利1~5，7~10可作为我的旁证材料。
荣传新
3
副院长
作为该项目的主要负责人之一，首次采用光纤、电法和电阻式传感器等测试系统，得到了煤矿深井马头门及连接硐室在开挖过程中的应力场、位移场和松动范围变化规律。
提出马头门因初次开挖，在井筒竖向马头门上、下以及井筒径向1～1.5D（D为井筒直径）范围内产生了“应力突变区”，马头门掘进面前后出现“应力转移区”，硐室群依次施工存在围岩“扰动叠加区”。
唐永志
4
总工程师
教授级高工
淮南矿业（集团）有限责任公司
本人参与研发了适应不同工程地质条件的深立井连接硐室群系列新型支护结构，提出了在“应力转移区”边界设置扰动影响隔离孔或支护结构隔离缝等扰动控制技术。
并将研究取得的成果推广应用于淮南矿区新建立井井筒中，在成果应用过程中认真进行现场的组织及协调工作。
专利6、9可作为我的旁证材料。
蔡海兵
5
副教授
本人提出了深立井连接硐室群施工顺序的全局优化方法，建立了硐室群三维大型有限元计算模型，实现硐室群分步开挖、一次锚网喷支护和二次钢筋混凝土支护等施工全过程的数值模拟，发现了影响扰动效应的主要因素，为深立井连接硐室群围岩稳定性控制提供了理论基础。
汪春芹
6
煤炭工业合肥设计研究院
本人参与本项目的深立井连接硐室群系列新型支护结构设计工作，并将研究成果推广到煤矿深立井连接硐室群设计工作中，为本项目研究成果转化和大范围工程推广应用起到关键作用。
专利1可作为我的旁证材料。
梁袁
7
国投新集能源股份有限公司
本人作为项目的主要技术负责人之一，参与策划了该项目的具体实施，参与了煤矿深立井连接硐室群扰动控制技术的研究工作，并将研究取得的成果积极推广应用于淮南新集矿区新建立井井筒中，在成果应用过程中认真进行现场的组织及协调工作并取得成效。
宋海清
8
讲师
本人参与策划了适应不同工程地质条件的深立井连接硐室群系列新型支护结构创新设计，对研究成果的取得及成功应用，起到了重要作用。
周卫金
9
副总工程师
高级工程师
淮北矿业（集团）有限责任公司
淮北矿业（集团）公司
本人作为项目实施单位的主要技术负责人之一，参与策划了该项目的具体实施，参与了深立井连接硐室群新型支护结构的研究工作，并将研究取得的成果积极推广应用于淮北矿区新建立井井筒中，在成果应用过程中认真进行现场的组织及协调工作。
王晓健
10
本人参与了深立井连接硐室群空间位置优化工作，实施了深立井连接硐室群施工顺序的全局优化工作，完善了深立井连接硐室群设计方法。
（八）主要完成单位及创新推广贡献
主要完成单位
创新推广贡献
作为项目负责单位，深入研究了煤矿深立井（600m以深）连接硐室群在施工过程中的围岩应力与变形分布特征，揭示了煤矿深立井连接硐室群围岩扰动机理；
研究了深立井连接硐室群空间位置与围岩扰动之间的内在联系，提出煤矿深立井连接硐室群空间位置优化布置原则和方法；
提出了高密度电阻率法监测围岩松动圈来确立支护方式与时机等煤矿深立井连接硐室群围岩扰动控制技术；
研发了三角网格式立体钢筋网片、重叠式U36型钢支架、双层钢板混凝土弧形板支架、钢筋钢纤维高性能混凝土支护结构、沥青板滑动层钢骨混凝土复合支护结构；
提出了深立井连接硐室群施工顺序的全局优化方法。
作为项目主要完成单位，提出了周边空眼作为卸压孔的小药量微差控制爆破方法、设置扰动影响隔离孔或支护结构隔离缝等煤矿深立井连接硐室群围岩扰动控制技术，并负责本项目整体技术在淮南矿业（集团）有限责任公司丁集矿、潘北矿、谢一矿、潘一矿、朱集东矿、潘三矿和张集矿等深立井连接硐室群中的实施和推广应用。
作为项目主要完成单位，揭示了煤矿深立井连接硐室群围岩扰动机理，发现深立井连接硐室群围岩应力存在“突变区”、“转移区”和“扰动叠加区”及其演化规律。
并研发了高强度低放热矿用阻燃注浆加固材料。
作为项目主要完成单位，参与了煤矿深立井连接硐室群围岩扰动机理的研究，与安徽理工大学合作提出了煤矿深立井连接硐室群空间位置优化布置原则和方法，完善了深立井连接硐室群设计方法。
并负责该设计方法在两淮矿区深立井连接硐室群中的实施和推广应用。
负责本项目整体技术在淮北矿业（集团）有限责任公司刘店矿、桃园矿、海孜矿和信湖矿等深立井连接硐室群中的实施和推广应用。
负责本项目整体技术在国投新集能源股份有限公司板集矿和新集一矿等深立井连接硐室群中的实施和推广应用。
（九）完成人合作关系说明
硐室群围岩失稳机理及控制技术已成为深部矿井建设工程领域亟待解决的重大技术难题，针对该技术难题，成立了以安徽理工大学为主持单位，由高等院校、设计研究院和建设单位共同组成的课题组，在国家“十一五”支撑计划项目、国家自然科学基金和10多项企业委托项目的资助下，围绕煤矿深立井连接硐室群围岩扰动效应与控制技术进行研究，取得了丰硕成果。
项目主持人程桦教授全面负责本项目的研究工作，通过国家自然科学基金“深立井连接洞室群围岩动态响应及施工方案寻优方法研究”，揭示了深立井连接硐室群围岩扰动效应机理，为围岩稳定性控制技术提供了理论依据。
项目主要完成人姚直书教授，作为该项目的技术负责人，研发了深立井连接硐室群系列新型支护结构，提出了深立井连接硐室群围岩扰动控制施工技术。
项目主要完成人荣传新教授，提出了深立井连接硐室群空间位置优化布置原则和方法，创新和完善了深立井连接硐室群设计方法。
项目主要完成人唐永志教授级高工，参与研发了深立井连接硐室群系列新型支护结构，并负责本项目成果在淮南矿区的推广应用工作。
项目主要完成人蔡海兵副教授，提出了深立井连接硐室群施工顺序的全局优化方法，实现了深立井连接硐室群施工全过程的有限元数值模拟。
项目主要完成人汪春芹教授级高工，参与了深立井连接硐室群系列新型支护结构的设计工作，并将研究成果推广到两淮矿区煤矿深井硐室群设计工作中。
项目主要完成人梁袁教授级高工，参与了深立井连接硐室群扰动控制施工技术的研究工作，并负责本项目成果在淮南新集矿区的推广应用工作。
项目主要完成人宋海清讲师，参与深立井连接硐室群系列新型支护结构创新设计，在课题研究过程中，负责设计图纸和实验设备的创新加工。
项目主要完成人周卫金高级工程师，参与了深立井连接硐室群新型支护结构的研究工作，并负责本项目成果在淮北矿区的推广应用工作。
项目主要完成人王晓健副教授，参与了深立井连接硐室群空间位置优化工作，完善了深立井连接硐室群设计方法。
完成人合作关系情况汇总表
序号
合作方式
合作者/
项目排名
合作时间
合作成果
证明材料
备注
共同立项、共同知识产权、共同获奖
程桦/1
2005-01-01至2012-12-30
专利1~10
专利证书、获奖证书
姚直书/2
专利1~5、
7~10
荣传新/3
唐永志/4
专利6、9
蔡海兵/5
共同知识产权、共同获奖
汪春芹/6
专利1
共同立项、共同获奖
梁袁/7
成果鉴定
获奖证书
宋海清/8
共同立项
周卫金/9
鉴定证书
王晓健/10
升级会员 