“師傅，這巷道頂板咋這么‘聽話’？”國家能源集團(tuán)神東煤炭布爾臺煤礦新入企的大學(xué)生學(xué)徒蒙威銘盯著頭頂平整的巖層，忍不住問師傅王偉。此時他們正穿行在布爾臺礦千米深的巷道里，防爆燈的光束掃過頂板，那些帶著彈簧的鋼索像一排沉默的衛(wèi)士，牢牢錨定著巖層，連細(xì)微的掉渣都沒有。

王偉咧嘴一笑，說道：“這可不是它聽話，是咱們有了‘降魔寶器’?！彼峙牧伺囊桓鶐е菪龔椈傻腻^索，“就這玩意兒，可是咱們礦工的守護(hù)神?！?/span>

圖為加裝了彈簧鋼索的嶄新工作面

師傅王偉口中的“寶器”，正是神東聯(lián)合中國礦業(yè)大學(xué)（北京）等六家單位熬了3年搞出來的“煤礦采動巷道冒頂控制關(guān)鍵技術(shù)與裝備”。

深入調(diào)研，找準(zhǔn)問題“癥結(jié)”

在煤礦井下，巷道是保障生產(chǎn)與人員通行的“生命線”，巷道冒頂則如同是頭頂?shù)摹皯覄Α?。神東技術(shù)研究院高級工程師王巍對這種風(fēng)險有著最直觀的感受：“以前，巷道冒頂事故時有發(fā)生，不僅影響生產(chǎn)進(jìn)度，還讓大家每天都提心吊膽。每次下井，都要時刻留意頂板的情況，就怕突然冒頂?！边@種“被動防御”的狀態(tài)，成為制約煤礦安全高效生產(chǎn)的瓶頸。

為破解這一難題，神東技術(shù)研究院常務(wù)副院長張傳玖牽頭組建專項攻關(guān)團(tuán)隊，并主動聯(lián)動中國礦業(yè)大學(xué)（北京）、重慶大學(xué)等高校的頂尖礦業(yè)工程專家，構(gòu)建起“企業(yè)需求+高?？蒲小钡漠a(chǎn)學(xué)研協(xié)同創(chuàng)新模式。

團(tuán)隊成員扎根各礦井井下現(xiàn)場，穿梭在一條條巷道中，對不同煤層、不同埋深的巷道進(jìn)行逐一排查；深入高風(fēng)險的大變形回采巷道區(qū)域，持續(xù)數(shù)周記錄數(shù)據(jù)，從頂板下沉量、兩幫移近量到圍巖裂隙發(fā)育情況，不放過任何一個細(xì)節(jié)。

正是這場“地毯式”的調(diào)研，讓團(tuán)隊捕捉到了顛覆傳統(tǒng)認(rèn)知的關(guān)鍵線索——大變形回采巷道的破壞形態(tài)，并非此前普遍認(rèn)為的圓形或橢圓形，而是呈現(xiàn)出獨特的“蝶形”：巷道頂部與兩幫的破壞區(qū)域相互連通，形成類似蝴蝶翅膀的對稱裂隙帶，且這種破壞會隨著開采推進(jìn)快速擴(kuò)展，最終引發(fā)冒頂。

中國礦業(yè)大學(xué)（北京）的趙志強(qiáng)教授團(tuán)隊，在對海量數(shù)據(jù)進(jìn)行分析后進(jìn)一步指出：“‘蝶形’破壞并非偶然，它與煤層埋深、圍巖強(qiáng)度及開采擾動的相互作用直接相關(guān)。這一發(fā)現(xiàn)不僅解釋了過去部分支護(hù)方案失效的原因，更像一把鑰匙，為我們打開了精準(zhǔn)控制巷道冒頂?shù)拇箝T——只有先摸清‘蝶形’破壞的形成機(jī)理、演化規(guī)律，才能針對性地設(shè)計支護(hù)技術(shù)，從‘被動防冒頂’轉(zhuǎn)向‘主動控變形’?！?/span>

多管齊下，攻克技術(shù)難題

找到了問題的關(guān)鍵，研究團(tuán)隊開始采用現(xiàn)場測試、理論推導(dǎo)、數(shù)值模擬、實驗室試驗等綜合研究方法，全面深入地探索巷道蝶形破壞的奧秘。

現(xiàn)場測試中，技術(shù)人員在巷道中安裝了各種監(jiān)測設(shè)備，實時監(jiān)測圍巖的應(yīng)力、位移等參數(shù)變化。“這些設(shè)備就像我們的‘眼睛’，讓我們能夠?qū)崟r掌握巷道圍巖的動態(tài)變化。”布爾臺煤礦礦壓管理辦韓鵬介紹說。通過對監(jiān)測數(shù)據(jù)的分析，研究團(tuán)隊逐漸揭示了采動高偏應(yīng)力環(huán)境下圍巖的非均勻演化規(guī)律，明確了大變形采動巷道蝶型冒頂?shù)臋C(jī)理。

圖為研究團(tuán)隊研究探索巷道礦壓變化規(guī)律

理論推導(dǎo)是研究的重要環(huán)節(jié)。專家們經(jīng)過無數(shù)次的計算和論證，將蝶形破壞特性研究成果引入傳統(tǒng)的支承壓力礦壓分析方法，獲得了更為準(zhǔn)確的礦壓變化規(guī)律。同時，他們還深入研究了巷道圍巖塑性區(qū)產(chǎn)生和瞬時急劇擴(kuò)展的特性與突變條件，提出了煤層巷道蝶葉突變引發(fā)沖擊地壓的機(jī)理，并給出了巷道沖擊地壓能量釋放的理論計算方法，建立了相應(yīng)的判定準(zhǔn)則。

數(shù)值模擬和實驗室試驗也為研究提供了有力支持。在數(shù)值模擬中，研究人員利用計算機(jī)模擬巷道在不同開采條件下的變形破壞過程，提前預(yù)測可能出現(xiàn)的問題，并提出針對性的解決方案。實驗室試驗則是在模擬的巷道環(huán)境中，對各種支護(hù)材料和技術(shù)進(jìn)行測試，篩選出最適合的方案。

創(chuàng)新成果，守護(hù)巷道安全

經(jīng)過不懈努力，研究團(tuán)隊取得了一系列豐碩的成果。

他們創(chuàng)立了采動巷道蝶形破壞理論，將巷道大變形、冒頂、沖擊地壓等多種災(zāi)害形態(tài)及其伴隨的物理現(xiàn)象統(tǒng)一起來，為煤礦巷道災(zāi)害防治提供了全新的理論基礎(chǔ)?！斑@一理論的創(chuàng)立，就像是為我們打開了一扇新的大門，讓我們對巷道災(zāi)害的認(rèn)識更加深入和全面?！敝貞c大學(xué)的蒲源源教授感慨地說。

圖為布爾臺煤礦智能礦壓監(jiān)測中心

在預(yù)警方法與機(jī)制方面，研究團(tuán)隊提出了采動巷道冒頂隱患分階段多層次的預(yù)警方法。在設(shè)計階段，建立了災(zāi)害風(fēng)險遠(yuǎn)期風(fēng)險評價方法，構(gòu)建了以圍巖破壞形態(tài)為基礎(chǔ)的采動巷道冒頂隱患指標(biāo)體系和分級方法，實現(xiàn)了煤層巷道冒頂隱患可視化智能分析和差異化支護(hù)設(shè)計。在巷道掘進(jìn)期間，通過建立超前鉆孔記憶留存實現(xiàn)鉆孔圍巖破壞區(qū)形態(tài)的原位成像技術(shù)方法，實現(xiàn)了圍巖破壞區(qū)形態(tài)的原位實時成像。此外，還開發(fā)了巷道圍巖地質(zhì)模型構(gòu)建與隱患預(yù)測預(yù)警系統(tǒng)，為礦山安全提供了科學(xué)準(zhǔn)確的預(yù)警。

在關(guān)鍵技術(shù)與裝備研制方面，更是成果顯著。研制的無反復(fù)支撐超前支護(hù)系統(tǒng)，成功解決了強(qiáng)采動巷道超前段支護(hù)中“反復(fù)支撐加劇頂板和錨索錨桿破壞、支撤和移動效率低、用人多”的重大難題。布爾臺煤礦的工人師傅們對此贊不絕口：“以前超前支護(hù)的時候，又累又不安全，現(xiàn)在有了這個新系統(tǒng)，工作輕松多了，安全也更有保障。”

推廣應(yīng)用，收獲顯著成效

這些創(chuàng)新成果并非停留在實驗室和理論層面，而是迅速在煤礦生產(chǎn)中得到了廣泛的推廣應(yīng)用。布爾臺煤礦和保德煤礦等煤礦率先成為了新技術(shù)的試驗田。

布爾臺煤礦應(yīng)用新的冒頂控制技術(shù)和裝備后，實現(xiàn)了“零”冒頂事故。布爾臺煤礦安全副礦長李健威激動地說：“這不僅保障了礦工們的生命安全，也大大提高了我們的生產(chǎn)效率，為企業(yè)帶來了實實在在的經(jīng)濟(jì)效益。”以前，由于巷道存在冒頂隱患，生產(chǎn)時常中斷，設(shè)備維修成本也居高不下?，F(xiàn)在，巷道安全穩(wěn)定，生產(chǎn)能夠持續(xù)高效進(jìn)行，煤炭產(chǎn)量穩(wěn)步提升，企業(yè)的利潤也大幅增長。

圖為掘錨隊支護(hù)工進(jìn)行打錨桿作業(yè)

保德煤礦在應(yīng)用過程中，也根據(jù)自身的實際情況對技術(shù)進(jìn)行了進(jìn)一步的優(yōu)化和完善。他們組織技術(shù)人員和一線工人進(jìn)行培訓(xùn)，讓大家盡快熟悉和掌握新的技術(shù)和裝備。

從深入調(diào)研找癥結(jié)到多管齊下攻克難題，從創(chuàng)新成果守護(hù)安全到推廣應(yīng)用成效顯著，這項獲獎成果正悄然改變著煤礦的生產(chǎn)圖景。在神東，“零冒頂”不再是遙不可及的目標(biāo)，而是每個礦工下井時的踏實底氣。

作者：劉曉婷

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