贵州创新技术破解深部矿井支护难题 科技成果转化创纪录

问题:在深部矿井开采条件下,巷道围岩破碎、变形强烈、维护难度大,长期以来困扰煤矿安全与高效生产。

部分巷道在传统支护方式下频繁出现收敛、底鼓、片帮等现象,现场不得不“边掘进、边返修”,不仅制约采掘接续,也把安全风险叠加在生产过程中。

业内普遍认为,巷道长期反复维修已成为影响安全高效开采的突出难题之一。

原因:一方面,贵州部分矿区地质构造复杂、岩性软弱或破碎,围岩承载能力先天不足;另一方面,深部开采带来的高地应力、采动影响和动压扰动增强,使巷道受力环境更为剧烈。

传统支护往往偏重局部加固或单一构件“硬扛”,容易出现支护体系与围岩变形不匹配、参数设计缺乏针对性、施工标准不统一等问题,导致巷道稳定性难以贯穿“建设—服务—终结”的全生命周期。

此外,监测手段不完善、变形机理认识不足,也使得支护设计常陷入经验化与滞后性,难以及时应对强动压下的非线性大变形。

影响:巷道是矿井生产系统的“动脉”。

一旦巷道稳定性不足,直接后果是维修量增大、停产检修频繁、掘进效率下降,进而影响产量组织、成本控制与设备利用率;更重要的是,围岩失稳可能诱发冒顶、片帮等事故风险,对井下作业人员生命安全构成威胁。

对企业而言,安全投入与返修成本叠加,经济效益被侵蚀;对行业而言,深部开采能力与本质安全水平提升受到制约。

破解“巷道大变形”难题,既是安全治理的关键环节,也是推动煤矿由传统生产方式向安全高效、精细化管理转型的重要支点。

对策:针对上述痛点,贵州理工学院矿业工程学院徐佑林教授团队提出“再造巷道承载结构”的思路,研发形成“煤矿巷道再造承载结构全空间支护技术”。

该技术强调从理论、工艺、材料与装备等环节统筹协同,核心在于通过科学重构巷道承载体系,为破碎围岩提供持续、有效的支撑与约束,使其形成可承载、可协同、可长期稳定的受力结构。

与单点加固不同,其更注重“全空间”与“全周期”的系统治理:在设计上突出因巷制宜,围绕变形机理开展参数测试、理论计算与在线监测;在施工上强调高标准实施,确保支护体系与围岩耦合发挥作用;在管理上以监测数据反馈为依据,提升支护决策的科学性与前瞻性。

技术成效在工程实践中得到验证。

2023年,科研团队在盘州市打牛厂煤矿开展工业性试验,围绕特定巷道变形原因制定系统支护方案,综合运用参数测试、计算分析和矿压在线监测等手段优化设计。

应用于1570轨道石门后,原本每年需进行三四次大修的巷道,在一次支护后保持稳定运行,可靠性实现明显提升。

该案例表明,通过重塑承载结构并提升支护设计的针对性,可显著降低维护频次与安全风险,同时为企业节约成本、稳定生产创造条件。

随着现场效果扩大,该技术在行业交流中受到关注。

在有关煤矿顶板管理现场推进活动中,其设计理念、施工标准与成本控制得到业内认可。

与此同时,相关围岩控制技术也在盘州市部分矿井实施应用,并吸引省内外调研人员实地观摩。

值得关注的是,该成果并非“突击式”创新,而是建立在团队长期深耕岩石力学与岩层控制研究的积累之上。

目前,技术已具备从基础研究、工程化生产到矿山现场应用与技术服务的链条化能力,为规模化推广提供了条件。

前景:从成果转化看,该技术于2025年实现1800万元价值转化,刷新了相关高校科技成果转化纪录,折射出矿山安全领域“需求牵引—联合攻关—工程验证—市场转化”的路径正在加速形成。

面向未来,随着我国煤矿开采向深部延伸,强动压与复杂地质条件带来的巷道稳定难题将更加突出。

再造承载结构、全空间支护与在线监测相结合的系统治理思路,有望在更多受大变形困扰的矿井推广应用,推动巷道支护由“事后维修”向“源头治理”、由“经验施工”向“数据驱动”升级。

下一步,围绕不同地质类型建立参数化设计体系、完善标准化施工与验收规范、强化监测预警与智能化联动,将成为提升推广效率与应用质量的重点方向。

这项科技成果的成功转化,生动诠释了创新驱动发展的深刻内涵。

它将科研论文写在了千尺井下,将技术创新融入了生产实践,真正实现了科技为人民服务、为安全服务的使命。

在新时代背景下,高校与产业的深度融合正在催生越来越多这样的创新成果,为经济社会发展提供有力支撑。

贵州理工学院的这次突破,也为我国高等教育如何更好地服务产业升级、保障人民生命安全提供了有益借鉴。