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該成果從改善動(dòng)壓、破碎圍巖巷道所處應(yīng)力環(huán)境及合理確定巷道支護(hù)技術(shù)兩個(gè)方面開展研究，依據(jù)采動(dòng)應(yīng)力演化規(guī)律、動(dòng)壓巷道圍巖穩(wěn)定控制理論以及破碎圍巖注漿加固機(jī)理，開發(fā)了沿空掘巷圍巖控制技術(shù)、迎采巷道圍巖控制技術(shù)、破碎圍巖巷道注漿加固技術(shù)。沿空掘巷是在上區(qū)段工作面采空區(qū)巖層活動(dòng)基本終止、應(yīng)力調(diào)整趨于穩(wěn)定后掘進(jìn)，采用合理的窄煤柱護(hù)巷技術(shù)使巷道位于應(yīng)力降低區(qū)，結(jié)合窄煤柱穩(wěn)定控制技術(shù)與合理的巷內(nèi)支護(hù)技術(shù)保證巷道的穩(wěn)定；為緩解接替緊張問題，在上工作面回采結(jié)束前，需提前掘出下工作面的回采巷道，在上工作面超前、側(cè)向和本工作面超前應(yīng)力的疊加作用下，造成迎采巷道圍巖十分破碎、極難維護(hù)。通過采用自主研制的注漿材料加固圍巖、改善圍巖性質(zhì)、提高圍巖的整體性和自承載能力，并與錨桿支護(hù)相結(jié)合，能提高錨桿錨固力、增大支護(hù)阻力，充分發(fā)揮兩種支護(hù)的優(yōu)勢(shì)，能夠顯著改善迎采巷道維護(hù)狀況。因此，通過改善圍巖應(yīng)力環(huán)境，并結(jié)合圍巖注漿加固與錨桿聯(lián)合支護(hù)技術(shù)，是改善動(dòng)壓、破碎圍巖巷道維護(hù)狀況的一條有效技術(shù)途徑。

根據(jù)地面大跨度殼體結(jié)構(gòu)的力學(xué)原理研究設(shè)計(jì)地下三維網(wǎng)殼錨噴支護(hù)結(jié)構(gòu)，大幅度提高噴層的抗彎能力,同時(shí)使噴層整體具有一定的可縮性,能承受強(qiáng)大變形地壓及采動(dòng)荷載, 達(dá)到用較少材料又提高噴層支撐能力與讓壓的目標(biāo)。該結(jié)構(gòu)既可在巷道內(nèi)單獨(dú)組裝對(duì)圍巖進(jìn)行連續(xù)支撐，又可先撐后噴，在圍巖表面形成半剛性鋼筋混凝土薄殼襯砌結(jié)構(gòu)。三維網(wǎng)殼錨噴支護(hù)實(shí)質(zhì)上仍是錨網(wǎng)噴支護(hù)，其技術(shù)特色是用一種在地面加工成型的特殊鋼筋網(wǎng)殼支架代替普通的鋼筋網(wǎng)，大幅度提高了錨網(wǎng)噴結(jié)構(gòu)的支撐能力，不需要使用型鋼支架、錨索、圍巖注漿等手段進(jìn)行加固就能對(duì)破壞巷道進(jìn)行有效的治理。三維網(wǎng)殼錨噴結(jié)構(gòu)由普通錨桿、三維鋼筋支架和噴層等組成，該結(jié)構(gòu)具有以下特點(diǎn)：（1）三維鋼筋支架在空間內(nèi)形成眾多小網(wǎng)格狀結(jié)構(gòu)，包裹著混凝土，能降低混凝土拉剪應(yīng)力和鋼筋的彎曲變形，提高結(jié)構(gòu)的三向穩(wěn)定性和承載力。（2）支架聯(lián)接處的可縮性墊板和支架自身的柔性讓壓性能，使混凝土噴層也具有可縮性，這樣混凝土噴層的應(yīng)力能得到削弱，因此能夠適用于高地壓環(huán)境中。（3）該支護(hù)結(jié)構(gòu)是連續(xù)支撐體系，架間無薄弱部分，支護(hù)結(jié)構(gòu)受力均勻，提高結(jié)構(gòu)的整體穩(wěn)定性。

結(jié)合我國礦井的生產(chǎn)技術(shù)條件，在現(xiàn)場(chǎng)調(diào)查、理論分析和實(shí)驗(yàn)室相似模型實(shí)驗(yàn)研究的基礎(chǔ)上，研制出適用于機(jī)械化掘進(jìn)工作面除塵的高效、實(shí)用、新型的自激式水浴水膜除塵設(shè)備。除塵器結(jié)構(gòu)主要有上下導(dǎo)流葉片、脫水器、水箱、軸流式風(fēng)機(jī)、排漿閥和注水孔等組成。其除塵過程是含塵氣體由進(jìn)風(fēng)口進(jìn)入除塵器轉(zhuǎn)彎向下的導(dǎo)流葉片沖擊水面，較大的塵粒由于慣性作用落入水箱中，而較小的塵粒隨氣流以較高速度通過上導(dǎo)流葉片間的彎曲通道時(shí)，與激起的大量水滴充分碰撞而被捕獲沉降。含塵含水的氣流又在離心力的作用下，在除塵器內(nèi)壁和上下導(dǎo)流葉片上形成一定厚度的水膜，將塵粒捕集下降。再由脫水器除掉氣流中的水滴水霧后，經(jīng)軸流風(fēng)機(jī)排出到巷道中；其除塵機(jī)理主要是氣流中的塵粒與液面 和霧化液滴之間產(chǎn)生慣性碰撞、截留、擴(kuò)散等作用。 總之，這種除塵器具有水浴、水滴、離心力產(chǎn)生的水膜等三種除塵功能，因而可得到較高的除塵效率。另外，被水滴捕集落入水箱里的粉塵，沉積到水箱底部或隨氣流沖擊不斷攪動(dòng)，當(dāng)水箱中濃度達(dá)到一定值后，通過排漿閥定期排出，并沖洗水箱，由供水管補(bǔ)充新水。

結(jié)合我國礦井的生產(chǎn)技術(shù)條件，在現(xiàn)場(chǎng)調(diào)查、理論分析和實(shí)驗(yàn)室相似模型實(shí)驗(yàn)研究的基礎(chǔ)上，研制出適用于機(jī)械化掘進(jìn)工作面除塵的高效、實(shí)用、新型的自激式水浴水膜除塵設(shè)備。除塵器結(jié)構(gòu)主要有上下導(dǎo)流葉片、脫水器、水箱、軸流式風(fēng)機(jī)、排漿閥和注水孔等組成。其除塵過程是含塵氣體由進(jìn)風(fēng)口進(jìn)入除塵器轉(zhuǎn)彎向下的導(dǎo)流葉片沖擊水面，較大的塵粒由于慣性作用落入水箱中，而較小的塵粒隨氣流以較高速度通過上導(dǎo)流葉片間的彎曲通道時(shí)，與激起的大量水滴充分碰撞而被捕獲沉降。含塵含水的氣流又在離心力的作用下，在除塵器內(nèi)壁和上下導(dǎo)流葉片上形成一定厚度的水膜，將塵粒捕集下降。再由脫水器除掉氣流中的水滴水霧后，經(jīng)軸流風(fēng)機(jī)排出到巷道中；其除塵機(jī)理主要是氣流中的塵粒與液面 和霧化液滴之間產(chǎn)生慣性碰撞、截留、擴(kuò)散等作用。 總之，這種除塵器具有水浴、水滴、離心力產(chǎn)生的水膜等三種除塵功能，因而可得到較高的除塵效率。另外，被水滴捕集落入水箱里的粉塵，沉積到水箱底部或隨氣流沖擊不斷攪動(dòng)，當(dāng)水箱中濃度達(dá)到一定值后，通過排漿閥定期排出，并沖洗水箱，由供水管補(bǔ)充新水。 經(jīng)專家鑒定：研究成果整體達(dá)到國際先進(jìn)水平，并獲得國家安全生產(chǎn)監(jiān)督管理局第一屆安全生科技成果三等獎(jiǎng)，被列為國家安全生產(chǎn)監(jiān)督管理總局2005年度重點(diǎn)科技推廣項(xiàng)目。

本成果獲教育部高等學(xué)校科學(xué)研究?jī)?yōu)秀成果獎(jiǎng)（科學(xué)技術(shù)進(jìn)步獎(jiǎng)）。采用實(shí)驗(yàn)力學(xué)方法研究和掌握了在高應(yīng)力、強(qiáng)流變、強(qiáng)采動(dòng)影響等復(fù)雜條件下巷道破碎圍巖巖體峰后軟化、峰后剪脹擴(kuò)容及流變等特性和規(guī)律；建立了圍巖體力學(xué)特征和圍巖支護(hù)結(jié)構(gòu)體的相互關(guān)系。基于復(fù)雜條件下巷道破碎圍巖的峰后強(qiáng)度軟化和剪脹擴(kuò)容效應(yīng)，考慮巷道開挖后巖體強(qiáng)度、變形和應(yīng)力分布特征，建立了復(fù)雜條件下軟弱破碎巷道圍巖的深淺支撐層結(jié)構(gòu)理論；綜合考慮圍巖強(qiáng)度、應(yīng)力和變形破壞的區(qū)域分布特征，將圍巖劃分為深淺支撐層結(jié)構(gòu)，分析了深淺支撐層與圍巖穩(wěn)定的關(guān)系及深淺支撐層的演化特征和巷道變形破壞特征；掌握了巷道圍巖宏觀力學(xué)結(jié)構(gòu)，確立巷道支護(hù)須控制的范圍和支護(hù)方式確定。自主研發(fā)了錨固體流變拉拔試驗(yàn)系統(tǒng)，獲得了錨固體流變失穩(wěn)機(jī)理、破壞特征及類型，提出了破碎圍巖巷道深淺支撐層流變破壞分析方法、結(jié)構(gòu)特征及支護(hù)設(shè)計(jì)，為錨固支護(hù)結(jié)構(gòu)失效診斷、有效控制深淺雙支撐線層結(jié)構(gòu)內(nèi)巷道流變變形及防止失穩(wěn)提供了依據(jù)。形成了基于深淺雙支撐層理論的巷道支護(hù)設(shè)計(jì)方法和技術(shù)，提出了復(fù)雜條件下的巷道變形特征和圍巖結(jié)構(gòu)的預(yù)測(cè)方法、控制措施及巷道需求支護(hù)力的計(jì)算方法。對(duì)于破碎圍巖巷道支護(hù)時(shí)，必須首先確立巷道的圍巖賦存狀態(tài)及圍巖結(jié)構(gòu)，分析計(jì)算深淺雙支撐層結(jié)構(gòu)的存在范圍、力學(xué)特征和規(guī)律，進(jìn)而確立淺支撐層的位置和所需支護(hù)力，一般可以形成以“錨網(wǎng)噴＋高預(yù)應(yīng)力 U 型鋼桁架錨索＋注漿”為核心的復(fù)合支護(hù)形式。錨桿對(duì)淺支撐層補(bǔ)強(qiáng)后，淺支撐層巖體與錨桿形成組合拱式的承載結(jié)構(gòu)，錨索將淺支撐層與深支撐層聯(lián)合起來共同形成圍巖整體承載結(jié)構(gòu)，而錨注再次對(duì)圍巖進(jìn)行加固，提高圍巖整體強(qiáng)度，改善圍巖應(yīng)力分布狀況，使圍巖變形協(xié)調(diào)化、荷載均勻化，對(duì)深淺支撐層發(fā)揮整體承載能力具有重要作用。

產(chǎn)品詳細(xì)介紹

針對(duì)深部沿空巷道圍巖變形嚴(yán)重、控制困難問題，在深入揭示實(shí)體煤幫變形能驅(qū)動(dòng)失穩(wěn)力學(xué)機(jī)理基礎(chǔ)上，提出了“巷旁－煤幫－頂板”系統(tǒng)失穩(wěn)的能量判據(jù)，特別是從理論和技術(shù)層面解答了實(shí)體煤幫卸壓與加固的矛盾問題，發(fā)明了與三種典型圍巖類型相適應(yīng)的巷旁支護(hù)技術(shù)與支護(hù)設(shè)計(jì)方法，形成了深部沿空巷道圍巖“卸讓抗”協(xié)同控制關(guān)鍵技術(shù)。經(jīng)20多個(gè)多個(gè)煤礦推廣應(yīng)用實(shí)踐表明，該項(xiàng)技術(shù)成果具有針對(duì)性強(qiáng)、實(shí)用性強(qiáng)、安全可靠。中國煤炭工業(yè)協(xié)會(huì)組織專家委員會(huì)鑒定認(rèn)為，該項(xiàng)成果鑒定達(dá)到國際領(lǐng)先水平。

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