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4 千米深井圍巖控制及智能開采關鍵技術
4. 1 巷道支護―改性―卸壓協(xié)同控制技術基于千米深井巷道圍巖大變形機理及支護―改性―卸壓協(xié)同控制原理，研發(fā)巷道支護―改性―卸壓協(xié)同控制技術，實現(xiàn)高預應力、高強度、高沖擊韌性錨桿主動支護，高壓劈裂注漿主動改性，水力壓裂主動卸壓，通過“三主動”協(xié)同作用，解決千米深井巷道圍巖控制難題。在千米深井巷道錨桿支護技術方面，針對千米深井巷道圍巖變形大、變形有沖擊性的特點，開發(fā)超高強度、大延伸率、高沖擊韌性錨桿支護材料與構件。根據(jù)千米深井巷道圍巖變形特征及支護要求，研究錨桿桿體強度、延伸率、沖擊韌性三者之間的關系，確定錨桿桿體抗拉強度、延伸率及沖擊韌性等力學指標，錨桿桿尾支護構件的幾何尺寸及力學性能指標，研究錨桿構件的匹配性。開發(fā)錨桿鋼材專用配方，優(yōu)化煉鋼與軋制工藝，開發(fā)錨桿鋼筋熱處理工藝與技術，研制出系列超高強度、高延伸率及高沖擊韌性錨桿鋼筋，錨桿桿體屈服強度達到 700 MPa，抗 拉 強 度 850 MPa，沖擊吸收功 100 J 以上，斷后延伸率 18%。研究桿體表面形狀與尺寸對錨桿錨固效果及安裝阻力的影響，確定最優(yōu)的桿體外形尺寸。開發(fā)與超高強度、高延伸率及高沖擊韌性錨桿桿體配套使用的托板、螺母、墊圈及鋼帶等構件( 圖 17) ，使各構件力學性能與桿體匹配。在現(xiàn)有支護構件匹配性研究基礎上[31-32]，開發(fā)錨桿支護構件匹配性實驗臺，測試錨桿桿體材料及桿尾各支護構件的變形協(xié)調(diào)性、強度匹配性，建立錨桿構件匹配性力學模型，進一步優(yōu)化錨桿構件幾何尺寸和力學性能。
4. 2 超長工作面自適應群組協(xié)同控制智能開采技術千米深井 350 m 超長工作面采用常規(guī)工作面支護系統(tǒng)難以滿足圍巖自適應智能支護要求。工作面長度增加后導致開采設備綜合協(xié)調(diào)推進困難，極易誘發(fā)支護設備與圍巖系統(tǒng)失穩(wěn)的惡性循環(huán)�，F(xiàn)有智能化綜采工作面礦壓監(jiān)測信息與支護設備信息難以有效融合，無法實現(xiàn)中部液壓支架與端頭、超前液壓支架的智能協(xié)同推進，制約千米深井超長工作面安全、高效智能化開采。千米深井超長工作面具有“深”和“長”兩個顯著特點，從而帶來工作面動載頻繁、下沉量大，以及分區(qū)破斷、工作面支護參數(shù)不一致等問題。與淺部相比深部超長工作面要實現(xiàn)智能開采需重點解決 2 個難題: 一是設備的可靠性，提高抗沖擊性能; 二是支架個體控制的精細化，群組控制的智能協(xié)同化。為此提出千米深井超長工作面智能開采總體方案( 圖 20) : 基于千米深井超長工作面覆巖分區(qū)破斷與礦壓動態(tài)遷移規(guī)律，以圍巖控制為核心，從千米深井超長工作面礦壓規(guī)律、復雜工況智能監(jiān)測、圍巖穩(wěn)定性智能監(jiān)測預警、多信息融合、多系統(tǒng)智能協(xié)調(diào)與控制等方面出發(fā)，開發(fā)超長工作面多信息融合的抗沖擊液壓支架自適應群組協(xié)同控制技術與裝備，并系統(tǒng)集成采煤機等其他工作面設備系統(tǒng)，形成千米深井超長工作面智能開采成套技術體系。
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