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4 千米深井圍巖控制及智能開采關(guān)鍵技術(shù)
4. 1 巷道支護(hù)―改性―卸壓協(xié)同控制技術(shù)基于千米深井巷道圍巖大變形機(jī)理及支護(hù)―改性―卸壓協(xié)同控制原理，研發(fā)巷道支護(hù)―改性―卸壓協(xié)同控制技術(shù)，實(shí)現(xiàn)高預(yù)應(yīng)力、高強(qiáng)度、高沖擊韌性錨桿主動(dòng)支護(hù)，高壓劈裂注漿主動(dòng)改性，水力壓裂主動(dòng)卸壓，通過(guò)“三主動(dòng)”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(hù)技術(shù)方面，針對(duì)千米深井巷道圍巖變形大、變形有沖擊性的特點(diǎn)，開發(fā)超高強(qiáng)度、大延伸率、高沖擊韌性錨桿支護(hù)材料與構(gòu)件。根據(jù)千米深井巷道圍巖變形特征及支護(hù)要求，研究錨桿桿體強(qiáng)度、延伸率、沖擊韌性三者之間的關(guān)系，確定錨桿桿體抗拉強(qiáng)度、延伸率及沖擊韌性等力學(xué)指標(biāo)，錨桿桿尾支護(hù)構(gòu)件的幾何尺寸及力學(xué)性能指標(biāo)，研究錨桿構(gòu)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(shù)，研制出系列超高強(qiáng)度、高延伸率及高沖擊韌性錨桿鋼筋，錨桿桿體屈服強(qiáng)度達(dá)到 700 MPa，抗 拉 強(qiáng) 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(duì)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(qiáng)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(gòu)件( 圖 17) ，使各構(gòu)件力學(xué)性能與桿體匹配。在現(xiàn)有支護(hù)構(gòu)件匹配性研究基礎(chǔ)上[31-32]，開發(fā)錨桿支護(hù)構(gòu)件匹配性實(shí)驗(yàn)臺(tái)，測(cè)試錨桿桿體材料及桿尾各支護(hù)構(gòu)件的變形協(xié)調(diào)性、強(qiáng)度匹配性，建立錨桿構(gòu)件匹配性力學(xué)模型，進(jìn)一步優(yōu)化錨桿構(gòu)件幾何尺寸和力學(xué)性能。
4. 2 超長(zhǎng)工作面自適應(yīng)群組協(xié)同控制智能開采技術(shù)千米深井 350 m 超長(zhǎng)工作面采用常規(guī)工作面支護(hù)系統(tǒng)難以滿足圍巖自適應(yīng)智能支護(hù)要求。工作面長(zhǎng)度增加后導(dǎo)致開采設(shè)備綜合協(xié)調(diào)推進(jìn)困難，極易誘發(fā)支護(hù)設(shè)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(cè)信息與支護(hù)設(shè)備信息難以有效融合，無(wú)法實(shí)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(jìn)，制約千米深井超長(zhǎng)工作面安全、高效智能化開采。千米深井超長(zhǎng)工作面具有“深”和“長(zhǎng)”兩個(gè)顯著特點(diǎn)，從而帶來(lái)工作面動(dòng)載頻繁、下沉量大，以及分區(qū)破斷、工作面支護(hù)參數(shù)不一致等問(wèn)題。與淺部相比深部超長(zhǎng)工作面要實(shí)現(xiàn)智能開采需重點(diǎn)解決 2 個(gè)難題: 一是設(shè)備的可靠性，提高抗沖擊性能; 二是支架個(gè)體控制的精細(xì)化，群組控制的智能協(xié)同化。為此提出千米深井超長(zhǎng)工作面智能開采總體方案( 圖 20) : 基于千米深井超長(zhǎng)工作面覆巖分區(qū)破斷與礦壓動(dòng)態(tài)遷移規(guī)律，以圍巖控制為核心，從千米深井超長(zhǎng)工作面礦壓規(guī)律、復(fù)雜工況智能監(jiān)測(cè)、圍巖穩(wěn)定性智能監(jiān)測(cè)預(yù)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(zhǎng)工作面多信息融合的抗沖擊液壓支架自適應(yīng)群組協(xié)同控制技術(shù)與裝備，并系統(tǒng)集成采煤機(jī)等其他工作面設(shè)備系統(tǒng)，形成千米深井超長(zhǎng)工作面智能開采成套技術(shù)體系。
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