一、项目名称

深部矿山承压环分类支护成套技术装备及工程应用

二、提名者及提名意见

提名者：山东建筑大学

提名意见：

项目针对深部巷道采掘扰动破坏和支护结构承载力不足问题，在实验研究、数值模拟、理论分析与工程实践基础上，总结形成4点技术创新：①项目基于自主研发的岩土扰动实验台和精密优化的岩石三轴流变扰动实验仪，建立了岩石流变扰动效应本构关系，揭示了深部巷道采掘扰动破坏机理。②基于采掘扰动强度差异提出了承压环分类支护技术，研究了承压环稳定条件，建立了深部巷道承压环分类支护设计方法。③研发了高强钢管混凝土支架和交岔点组合支架，开展了钢管混凝土系列实验。④针对金属支架人工安装劳动强度大和安装效率低的问题，研发了自移式支架安装机。项目原创性的建立了以承压环分类支护为技术指导、以钢管混凝土支架为支护结构、以支架安装机为主要机械的成套技术体系，形成深部支护新技术、新结构和新装备，实现深部巷道安全稳定支护，经过推广应用，取得了显著成效。

项目成果经中国煤炭工业协会组织、康红普院士等专家鉴定为国际领先水平，项目授权发明专利32项，软件著作权4项，外观专利2项，发表SCI、EI、中文核心等检索论文136篇，出版学术专著4部，起草煤炭行业标准1项、团体标准1项，获得煤炭部级工法2项。成功解决了国家能源集团和山东能源集团等企业权属的30多座矿山100多条巷道支护难题，顺利通过常规技术难以成巷的地段，延长了巷道服务年限，为企业节支创收超10亿元。

三、提名等级

提名该项目为2022年度山东省科学技术进步奖二等奖。

四、项目简介

1.本项目属于矿山压力与支护工程技术领域。随着浅部煤炭资源枯竭，深部开采是必然趋势，受深部采掘扰动和支护结构承载力不足影响，深部巷道普遍存在支护大变形和频繁返修问题，已严重影响矿井安全高效生产。本项目经过科技攻关，基于自主研发实验系统揭示了深部采掘扰动破坏机理，基于采掘扰动强弱差异提出了承压环分类支护技术，研发了高强专用支护结构和支护安装设备，原创性构建了支护新技术、新结构和新装备系统性成套体系，实现深部巷道安全稳定支护，经过推广应用，取得了显著成效。

2.主要内容：

（1）研发了岩土扰动实验台，并优化了岩石三轴流变扰动实验仪，动载可达预静载的1/10，实现了深部巷道采掘扰动破坏室内研究。基于自主研发仪器开展了深部围岩采掘扰动破坏相似模型实验和深部岩石三轴流变扰动效应实验，通过模型实验获得了深部巷道采动强度-支护阻力-支护承载李相关函数，揭示了深部巷道采掘扰动破坏机理，通过岩石实验获得了扰动强度-轴压-围压协调作用下的深部岩石流变扰动发生机理与破坏条件，建立了岩石流变扰动效应本构关系。

（2）基于采掘扰动强度差异提出了承压环分类支护技术，研究了承压环稳定条件，建立了承压环动态平衡函数，针对弱扰动深部巷道提出了基于承压环强化的双强支护技术，针对强扰动深部巷道提出了基于承压环卸压的双层支护技术，定量分析了不同支护结构的贡献度，获得了支护设计依据，建立了深部巷道承压环分类支护设计方法。

（3）研发了高强钢管混凝土支架，开展了钢管混凝土短柱、直梁、圆弧拱及整架结构的承载性能实验，揭示了钢管混凝土短柱壁厚效应并证实钢管壁厚5mm以上时钢管和混凝土才能出现组合优势，揭示了钢管混凝土圆弧拱中性层偏移规律并提出偏移控制方法，阐明了钢管混凝土支架压弯破坏机理，研发了适用于深部交岔点支护的钢管混凝土组合拱架。

（4）针对金属支架人工安装劳动强度大和安装效率低的问题，研发了自移式支架安装机，分为地面移动型和顶部爬动型两类，前者地面移动、托举安装支架，后者拱顶爬动、机械臂安装支架且设收起后不占用下部空间可实现与地面移动设备间的平行作业，支架安装效率提高了300%，大幅降低了劳动强度和用工数量。

3.技术成果：“深井软岩巷道钢管混凝土支架支护技术及理论研究”、“强扰动作用下千米深井围岩双层控制与破壁卸压协同支护关键技术研究”等成果经中国煤炭工业协会组织、康红普院士等专家鉴定为“国际领先”水平，项目授权发明专利32项，软件著作权4项，外观专利2项，发表SCI、EI、中文核心等检索论文136篇，出版学术专著3部，起草煤炭行业标准1项、团体标准1项，获得煤炭部级工法2项。

4.应用推广：本项目技术成功解决了国家能源集团、山东能源集团、中煤集团、冀中能源集团、济宁矿业集团、金川集团等企业权属的30多座矿山100多条巷道支护难题，顺利通过常规技术难以成巷的地段，延长了巷道服务年限，为企业节支创收超10亿元。

五、主要知识产权和标准规范等目录

六、主要完成人情况表

七、主要完成单位情况

八、论证专家名单