科技日报记者 王延斌
元旦过后，山东建筑大学深地工程支护团队负责人王军教授来到200公里之外的济宁矿业集团阳城煤矿，在地下800米深处，他们的成果“基于钢管混凝土支架的复合承压环支护结构”经受住了考验，这种支护结构由锚网结构、填充层及钢管混凝土支架组成，已经保护该矿深部巷道和采矿工人的安全逾十年。该矿生产技术科科长徐恒向记者表示，这种结构承载力高、安全可靠，保障了深部支护稳定与井下安全。
对上述成果表示认可的不仅是一线技术人员，还有行业权威专家。在对已经获得62项发明专利的上述成果进行鉴定之后，中国工程院院士、中国煤炭科工集团有限公司首席科学家康红普表示，上述成果解决了地下深井软岩巷道的众多痛点，技术成果达到了国际领先水平。
瞄准“煤矿第一大事故源”
我国煤炭储量中埋深大于600米的占比73.2%，埋深大于1000米的占比53.2%。随着浅部资源枯竭，深部开采是必然趋势，深部开采面临“三高一扰动”（高应力、高地温、高渗透压及开采扰动）的复杂环境，易引发深部围岩大变形、冒顶、冲击地压等灾害，导致深部巷道支护难题相对突出。
王军向记者表示，深部复杂环境无法改变，开采扰动无法避免，深部支护既要充分利用围岩条件又要充分优化支护结构，在康红普院士提出的“支护—卸压—改性”理念指导下，我们提出了基于钢管混凝土支架的复合式承压环支护技术，可有效解决深部复杂巷道支护难题。
在山东能源集团华丰煤矿的地下，王军团队的复合式支护结构长久地发挥支撑作用。记者注意到，在大约六米高的泵房通道里，这种支护结构像笼子一样把巷道的两帮和顶底板“罩起来”。那么，如何确保这种支护结构能承受住地下千米岩层压力而不变形？
“关键秘密在于钢管混凝土的结构优势和承压环中不同支护方式的协同复合优势。”王军团队成员、山东建筑大学土木工程学院副院长陈云娟教授向记者表示，钢管和混凝土组合后形成“共生”作用，结构承载力大幅提升，承压环中不同支护结构发挥着协同互补作用，构建起高强承载支护系统。
为井下编织一张安全网
在山东建筑大学建筑结构加固改造与地下空间工程教育部重点实验室里，王军团队正忙于最新一代“复合式支护施工系统”的研发工作。
“事实上，深部巷道支护一直存在施工效率低的问题。”王军表示，正推动复合式承压环支护结构的智能建造，巷道开挖后，通过自主研发的自移式护顶钻机系统完成临时护顶与锚网施工，通过自主研发的自移式安装机完成钢管混凝土支架组装，将5G、物联网及智能算法技术引入施工装备，使分体设备组网成设备系统，实现各工序平行协同作业。
“钢管混凝土支架安装是将预制的环状钢管，分段运往井下，在巷道掌子面完成组装，并往钢管内灌注混凝土，直至凝固。”王军团队成员、山东建筑大学机电工程学院副院长陈继文教授表示，传统安装方式耗时耗力，目前，已经完成第三代自移式安装机井下工业性试验，支架安装效率比传统安装方式提高3倍以上，下一步将继续优化设备智能控制系统，最终实现“有人监守，无人安装”的目标。
“实际上，这种井下灌注式钢管混凝土支架最初由中国矿业大学（北京）高延法教授提出。”作为高延法的学生，王军持续开展技术研发并在实践中不断改进，从而研发了多类型组合支架及支护安装机等一系列技术，有效解决了深部矿山支护难题。
记者采访时，王军团队刚刚与企业完成签约。按照协议，该团队将上述专利技术许可给山东深博巷道支护技术有限公司等十家单位，共获得许可费1015万元；山东深博巷道支护技术有限公司等多家单位依托上述专利技术产品获批国家级高新技术企业。
从北方黑龙江鹤岗南山煤矿到南方江西丰城曲江煤矿，从东部的山东龙口北皂煤矿到西部宁夏煤业清水营煤矿，王军团队的上述成果已经在全国52座矿井的152条巷道得到了证明，也在金矿、铁矿、镍矿、钾矿等场景得到应用。
（受访者供图）
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