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在礦山深處,新技術為工人撐起“安全傘”
2026-01-12 15:11:45
來源:科技日報  作者: 王延斌

元旦過后,山東建筑大學深地工程支護團隊負責人王軍教授來到200公里之外的濟寧礦業(yè)集團陽城煤礦,在地下800米深處,他們的成果“基于鋼管混凝土支架的復合承壓環(huán)支護結構”經(jīng)受住了考驗,這種支護結構由錨網(wǎng)結構、填充層及鋼管混凝土支架組成,已經(jīng)保護該礦深部巷道和采礦工人的安全逾十年。該礦生產技術科科長徐恒向記者表示,這種結構承載力高、安全可靠,保障了深部支護穩(wěn)定與井下安全。

對上述成果表示認可的不僅是一線技術人員,還有行業(yè)權威專家。在對已經(jīng)獲得62項發(fā)明專利的上述成果進行鑒定之后,中國工程院院士、中國煤炭科工集團有限公司首席科學家康紅普表示,上述成果解決了地下深井軟巖巷道的眾多痛點,技術成果達到了國際領先水平。

瞄準“煤礦第一大事故源”

我國煤炭儲量中埋深大于600米的占比73.2%,埋深大于1000米的占比53.2%。隨著淺部資源枯竭,深部開采是必然趨勢,深部開采面臨“三高一擾動”(高應力、高地溫、高滲透壓及開采擾動)的復雜環(huán)境,易引發(fā)深部圍巖大變形、冒頂、沖擊地壓等災害,導致深部巷道支護難題相對突出。

王軍向記者表示,深部復雜環(huán)境無法改變,開采擾動無法避免,深部支護既要充分利用圍巖條件又要充分優(yōu)化支護結構,在康紅普院士提出的“支護—卸壓—改性”理念指導下,我們提出了基于鋼管混凝土支架的復合式承壓環(huán)支護技術,可有效解決深部復雜巷道支護難題。

在山東能源集團華豐煤礦的地下,王軍團隊的復合式支護結構長久地發(fā)揮支撐作用。記者注意到,在大約六米高的泵房通道里,這種支護結構像籠子一樣把巷道的兩幫和頂?shù)装濉罢制饋怼?。那么,如何確保這種支護結構能承受住地下千米巖層壓力而不變形?

“關鍵秘密在于鋼管混凝土的結構優(yōu)勢和承壓環(huán)中不同支護方式的協(xié)同復合優(yōu)勢?!蓖踯妶F隊成員、山東建筑大學土木工程學院副院長陳云娟教授向記者表示,鋼管和混凝土組合后形成“共生”作用,結構承載力大幅提升,承壓環(huán)中不同支護結構發(fā)揮著協(xié)同互補作用,構建起高強承載支護系統(tǒng)。

為井下編織一張安全網(wǎng)

在山東建筑大學建筑結構加固改造與地下空間工程教育部重點實驗室里,王軍團隊正忙于最新一代“復合式支護施工系統(tǒng)”的研發(fā)工作。

“事實上,深部巷道支護一直存在施工效率低的問題?!蓖踯姳硎?,正推動復合式承壓環(huán)支護結構的智能建造,巷道開挖后,通過自主研發(fā)的自移式護頂鉆機系統(tǒng)完成臨時護頂與錨網(wǎng)施工,通過自主研發(fā)的自移式安裝機完成鋼管混凝土支架組裝,將5G、物聯(lián)網(wǎng)及智能算法技術引入施工裝備,使分體設備組網(wǎng)成設備系統(tǒng),實現(xiàn)各工序平行協(xié)同作業(yè)。

“鋼管混凝土支架安裝是將預制的環(huán)狀鋼管,分段運往井下,在巷道掌子面完成組裝,并往鋼管內灌注混凝土,直至凝固?!蓖踯妶F隊成員、山東建筑大學機電工程學院副院長陳繼文教授表示,傳統(tǒng)安裝方式耗時耗力,目前,已經(jīng)完成第三代自移式安裝機井下工業(yè)性試驗,支架安裝效率比傳統(tǒng)安裝方式提高3倍以上,下一步將繼續(xù)優(yōu)化設備智能控制系統(tǒng),最終實現(xiàn)“有人監(jiān)守,無人安裝”的目標。

“實際上,這種井下灌注式鋼管混凝土支架最初由中國礦業(yè)大學(北京)高延法教授提出。”作為高延法的學生,王軍持續(xù)開展技術研發(fā)并在實踐中不斷改進,從而研發(fā)了多類型組合支架及支護安裝機等一系列技術,有效解決了深部礦山支護難題。

記者采訪時,王軍團隊剛剛與企業(yè)完成簽約。按照協(xié)議,該團隊將上述專利技術許可給山東深博巷道支護技術有限公司等十家單位,共獲得許可費1015萬元;山東深博巷道支護技術有限公司等多家單位依托上述專利技術產品獲批國家級高新技術企業(yè)。

從北方黑龍江鶴崗南山煤礦到南方江西豐城曲江煤礦,從東部的山東龍口北皂煤礦到西部寧夏煤業(yè)清水營煤礦,王軍團隊的上述成果已經(jīng)在全國52座礦井的152條巷道得到了證明,也在金礦、鐵礦、鎳礦、鉀礦等場景得到應用。

(受訪者供圖)

編輯:韓夢晨
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