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元旦過后，山東建筑大學(xué)深地工程支護(hù)團(tuán)隊(duì)負(fù)責(zé)人王軍教授來到200公里之外的濟(jì)寧礦業(yè)集團(tuán)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(fù)合承壓環(huán)支護(hù)結(jié)構(gòu)”經(jīng)受住了考驗(yàn)，這種支護(hù)結(jié)構(gòu)由錨網(wǎng)結(jié)構(gòu)、填充層及鋼管混凝土支架組成，已經(jīng)保護(hù)該礦深部巷道和采礦工人的安全逾十年。該礦生產(chǎn)技術(shù)科科長徐恒向記者表示，這種結(jié)構(gòu)承載力高、安全可靠，保障了深部支護(hù)穩(wěn)定與井下安全。

對上述成果表示認(rèn)可的不僅是一線技術(shù)人員，還有行業(yè)權(quán)威專家。在對已經(jīng)獲得62項(xiàng)發(fā)明專利的上述成果進(jìn)行鑒定之后，中國工程院院士、中國煤炭科工集團(tuán)有限公司首席科學(xué)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(diǎn)，技術(shù)成果達(dá)到了國際領(lǐng)先水平。

瞄準(zhǔn)“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(yīng)力、高地溫、高滲透壓及開采擾動）的復(fù)雜環(huán)境，易引發(fā)深部圍巖大變形、冒頂、沖擊地壓等災(zāi)害，導(dǎo)致深部巷道支護(hù)難題相對突出。

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

在山東能源集團(tuán)華豐煤礦的地下，王軍團(tuán)隊(duì)的復(fù)合式支護(hù)結(jié)構(gòu)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(hù)結(jié)構(gòu)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(hù)結(jié)構(gòu)能承受住地下千米巖層壓力而不變形？

“關(guān)鍵秘密在于鋼管混凝土的結(jié)構(gòu)優(yōu)勢和承壓環(huán)中不同支護(hù)方式的協(xié)同復(fù)合優(yōu)勢?！蓖踯妶F(tuán)隊(duì)成員、山東建筑大學(xué)土木工程學(xué)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(jié)構(gòu)承載力大幅提升，承壓環(huán)中不同支護(hù)結(jié)構(gòu)發(fā)揮著協(xié)同互補(bǔ)作用，構(gòu)建起高強(qiáng)承載支護(hù)系統(tǒng)。

為井下編織一張安全網(wǎng)

在山東建筑大學(xué)建筑結(jié)構(gòu)加固改造與地下空間工程教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室里，王軍團(tuán)隊(duì)正忙于最新一代“復(fù)合式支護(hù)施工系統(tǒng)”的研發(fā)工作。

“事實(shí)上，深部巷道支護(hù)一直存在施工效率低的問題?！蓖踯姳硎?，正推動復(fù)合式承壓環(huán)支護(hù)結(jié)構(gòu)的智能建造，巷道開挖后，通過自主研發(fā)的自移式護(hù)頂鉆機(jī)系統(tǒng)完成臨時護(hù)頂與錨網(wǎng)施工，通過自主研發(fā)的自移式安裝機(jī)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(shù)引入施工裝備，使分體設(shè)備組網(wǎng)成設(shè)備系統(tǒng)，實(shí)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(yù)制的環(huán)狀鋼管，分段運(yùn)往井下，在巷道掌子面完成組裝，并往鋼管內(nèi)灌注混凝土，直至凝固?！蓖踯妶F(tuán)隊(duì)成員、山東建筑大學(xué)機(jī)電工程學(xué)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(jī)井下工業(yè)性試驗(yàn)，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(shè)備智能控制系統(tǒng)，最終實(shí)現(xiàn)“有人監(jiān)守，無人安裝”的目標(biāo)。

“實(shí)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(xué)（北京）高延法教授提出。”作為高延法的學(xué)生，王軍持續(xù)開展技術(shù)研發(fā)并在實(shí)踐中不斷改進(jìn)，從而研發(fā)了多類型組合支架及支護(hù)安裝機(jī)等一系列技術(shù)，有效解決了深部礦山支護(hù)難題。

記者采訪時，王軍團(tuán)隊(duì)剛剛與企業(yè)完成簽約。按照協(xié)議，該團(tuán)隊(duì)將上述專利技術(shù)許可給山東深博巷道支護(hù)技術(shù)有限公司等十家單位，共獲得許可費(fèi)1015萬元；山東深博巷道支護(hù)技術(shù)有限公司等多家單位依托上述專利技術(shù)產(chǎn)品獲批國家級高新技術(shù)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(tuán)隊(duì)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(yīng)用。

（受訪者供圖）