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煤矿巷道新型抗冲击预应力支护关键技术
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  • 公布年份:
    2018
  • 中图分类:
    TD353
  • 关键词:
  • 成果简介:
    该项目属矿山支护工程领域。随着煤矿开采深度与强度加大,出现了大量深部高应力、冲击地压及强采动巷道,约占巷道总长度30%(3600km)。目前,煤矿最大开采深度达1501m,冲击地压矿井170余座。传统支护技术不适应这些复杂困难条件,导致金属支架损坏、锚杆锚索破断、顶板垮落。近年来,顶板事故一直居煤矿事故首位,死亡人数占1/3左右,对煤矿安全造成极大威胁。同时,巷道维护成本大幅提高,部分巷道维护成本高达5-10万元/m,带来严重的经济负担。针对上述难题,在国家科技支撑计划、国家国际科技合作专项、国家“863”计划及国家自然科学基金等项目资助下,开展了煤矿巷道新型抗冲击预应力支护关键技术研究,攻克了一系列技术难题,取得以下重要发明: 发明点1:发明了动静载锚杆力学性能综合测试系统。发明了测试锚杆拉伸、弯曲、扭转及冲击载荷的试验台,攻克了动静载叠加作用难题,创建了国际上首套锚杆动静载力学性能综合测试系统;首次全面、系统地测试研究了锚杆各构件在动静载荷作用下的力学性能及匹配性,揭示出井下锚杆的真实应力状态和破断机理。基于试验成果,确定出合理的抗冲击预应力锚杆技术指标与参数。 发明点2:发明了高冲击韧性、超高强度、低成本预应力锚杆材料及制造工艺。创新提出将普通锚杆钢材经新型热处理工艺提高其强度与冲击韧性的方法,发明了屈服强度640-1140MPa系列超高强度、高冲击韧性锚杆及加工工艺,攻克了高强度锚杆受冲击载荷作用易破断难题。与国内现有锚杆相比,在强度提高66%的同时冲击韧性提高1倍以上。与国外同类钢材相比成本降低50%。 发明点3:发明了全长预应力锚固低精度不饱和聚酯树脂锚固剂及配套施工设备,发明了双组分阻燃型低精度不饱和聚酯树脂及其制备方法,全长预应力锚固泵注施工工艺设备;基于发明的不饱和聚酯树脂,开发出新型低粘度树脂卷式锚固剂,攻克了全长预应力锚固难题,显著提高了锚固效果及抗冲击能力。 发明点4:发明了锚杆、锚索高预应力施加方法与设备。开发了锚杆高预应力施加的新型扭矩倍增器,可使锚杆钻机输出扭矩放大6倍;发明了锚索锚塞新结构,减少预应力损失70%,解决了锚杆、锚索高预应力施加难题,大幅提高了支护效果。 上述4个发明点经系统集成后,形成了煤矿巷道抗冲击预应力支护成套技术体系,解决了超千米深井、强冲击、强采动及软岩大变形巷道支护难题,实现了煤矿巷道支护技术的重大突破。经专家鉴定达到国际领先水平。已在新汶、义马、平庄、潞安、祌宁等10余个矿区推广应用,为开采深部与复杂条件煤炭资源提供了技术保障,经济和社会效益显著。 该项成果获授权发明专利25件,实用新型专利38件;发表学术论文85篇(SCI、EI收录55篇);获中国煤炭工业科学技术一等奖2项、国家安全生产监督管理总局安全生产科技成果一等奖1项。
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