高等学校科学研究优秀成果奖科学技术进步奖课件.docx
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高等学校科学研究优秀成果奖科学技术进步奖课件
高等学校科学研究优秀成果奖(科学技术进步奖)
推荐项目公示内容
申报类型
进步奖
项目名称
基于锚固复合承载体特性及围岩脆弱性评估的巷道精准支护技术
推荐单位
中国矿业大学
项目简介
本项目属于采矿工程研究领域,研究成果主要应用于煤矿巷道支护与围岩控制方面,同时也可应用于非煤矿井巷道、公(铁)路隧道等岩土工程的围岩稳定性控制方面。
近几十年来,我国巷道锚杆支护技术取得了巨大的进步,巷道锚杆支护率及支护技术水平得到了很大的提高,但我国锚杆支护技术仍然普遍存在支护设计理论及设计依据局限性大、适应性不广且支护设计考虑的因素不全面、支护强度及成本偏高等问题。
针对以上问题,本项目基于潞安矿区的生产地质条件,开展了锚固复合承载体承载特性及潞安矿区巷道精准支护技术研究,研究关键科学问题主要有:
巷道围岩脆弱性评估方法、锚固复合承载体及其承载特性、巷道精准支护技术体系的建立。
研究成果的主要特点:
(1)建立了巷道围岩脆弱性预评估系统:
将主要研究使用于生态地理金融等领域的风险和灾害中的“脆弱性”拓展到煤矿巷道围岩评估中,在充分考虑巷道赋存状况、人为影响等方面引入围岩完整性、围岩强度、最大水平主应力、巷道断面尺寸、采掘扰动等13个评价指标,利用层次分析法(AHP)建立巷道围岩脆弱性评估系统。
(2)研究提出了巷道围岩“锚固复合承载体”支护理论:
经过多年对锚杆群与围岩的相互作用及模拟研究和现场实测数据分析,于2012年首先提出了“锚固复合承载体”概念,即:
锚杆群与被锚固煤岩体相互作用而在巷道围岩内形成的共同承载结构。
研究分析了半圆拱巷道和矩形巷道的锚固复合承载体的几何参数,建立了相应的巷道围岩锚固复合承载体力学模型,据此研究了不同锚固复合承载体结构及支护参数条件下锚固复合承载体的承载能力,初步确定了锚固复合承载体稳定性判据,为巷道锚杆支护提供了科学可靠的理论依据。
同时对锚固复合承载体的防冲击性进行了初步研究。
(3)形成了“巷道精准支护”技术体系:
根据巷道围岩及地应力状况,通过对巷道围岩脆弱性预评估,锚固复合承载体承载能力及其稳定性判据分析,提出若干合适的支护方案,建立模糊可拓综合评价模型,从支护效果及经济层面优化选择最佳方案,以实现巷道精准支护。
(4)项目研究成果经过潞安矿区三个大型矿井多年的应用推广,取得了显著技术、经济和社会效益:
项目成果在潞安集团古城矿、王庄矿及司马矿的5条巷道实施了工业性试验,并先后在潞安矿区的20余条巷道得到了推广应用。
结果表明本项目提出的锚固复合承载体理论和巷道精准支护体系为矿井巷道支护提供了科学可靠的理论依据和设计方法,取得了良好的支护效果,在保障巷道安全的前提下,有效降低了巷道支护成本,提高巷道了掘进速度,取得了显著的技术、经济与社会效益(近三年的推广应用共获得经济效益10404.75万元)。
本项目的研究成果包括学术专著1部,博士学位论文1篇,硕士学位论文12篇,SCI收录论文8篇(发表在InternationalJournalofRockMechanicsandMiningSciences等国际期刊),EI收录论文5篇;授权发明专利5项、软件著作权2项、实用新型专利8项。
主要完成单位
单位名称
中国矿业大学
排名
1
对本项目的贡献:
1、实施完成了项目“相同介质围岩巷道锚杆支护参数的可操作性设计方法研究”、“古城矿井地应力测试研究”和“古城矿井采区巷道掘进期间控制技术研究”的研究工作。
2、建立了巷道围岩脆弱性评估系统。
引入围岩完整性(RQD)、顶板围岩强度、埋深、最大水平主应力、地质构造、巷道断面尺寸、采掘扰动等13个评价指标,利用层次分析法(AHP)对巷道围岩脆弱性进行预评估。
3、分析了巷道锚固复合承载体的几何特征并研究其变形、应力演化及破坏等承载特性;建立了巷道锚固复合承载体强度计算公式,通过实验验证,结合巷道围岩的脆弱性评估提出了锚固复合承载体的失稳判据,据此设计出适合巷道稳定要求的支护方案。
4、提出了“巷道精准支护体系”理念:
根据巷道围岩及地应力状况,通过对巷道围岩脆弱性预评估,锚固复合承载体承载能力及其稳定性判据分析,提出若干合适的支护方案,建立模糊可拓综合评价模型,从支护效果及经济方面,优化选择最佳方案,在保证巷道安全使用的同时,达到了“降本增效”的目的,从而实现巷道精准支护。
主要完成单位
单位名称
山西潞安矿业(集团)有限责任公司
排名
2
对本项目的贡献:
1、制定项目研究方案,提供项目研究经费及实施地点。
2、与中国矿业大学共同完成了项目“相同介质围岩巷道锚杆支护参数的可操作性设计方法研究”、“古城矿井地应力测试研究”和“古城矿井采区巷道掘进期间控制技术研究”的研究工作。
3、组织协调了集团公司下属部分矿井的现场实施工作。
4、与中国矿业大学共同完成了“锚固复合承载体承载特性及潞安矿区巷道精准支护”的研究和推广应用工作。
推广应用情况
本项目是由中国矿业大学与山西潞安矿业(集团)有限责任公司合作完成,取得了丰硕的研究成果,建立了完善的巷道围岩脆弱性评估系统,提出了不同巷道断面形状和支护参数条件下锚固复合承载体承载能力定量化计算方法,通过建立模糊可拓综合评估,形成了巷道围岩控制的精准支护体系。
基于理论及实验室研究成果,本课题成功在潞安集团古城矿N1303工作面运输巷及回风巷、王庄矿43M5工作面回风巷、王庄矿7102工作面运输巷和司马矿1207工作面运输巷进行了现场工业性试验。
鉴于项目在现场工业性试验阶段取得的良好效果,近三年项目成果先后在潞安矿区的20条巷道得到了推广应用,累计取得经济效益10404.75万元,应用情况表明研究成果指导设计的巷道支护方案在保障巷道安全的前提下,有效降低了巷道支护成本,提高巷道了掘进速率,取得了显著的技术及经济效益。
本项目成果曾获科技奖励情况
获奖项目名称
获奖时间
奖项名称
奖励等级
授奖部门(单位)
无
本表所填内容是指本项目科技成果曾经获得的科技奖励,具体为:
1.经登记的社会力量设立的科技奖励;
2.厅、局、地级市设立的科技奖励;
3.国际组织和外国政府设立的科技奖励;
4.其他科技奖励。
主要知识产权证明目录
知识产权类别
知识产权具体名称
国家(地区)
授权号
授权日期
证书编号
权利人
发明人
发明专利
一种基于巷道承载结构的锚杆支护参数确定方法
中国
ZL201310130339.9
2015.04.29
1651104
中国矿业大学
张益东;李晋平;王东飞;季明;王强;王悦平;程亮;巫林平;高林生;倪杰;陈翔鹄;邓改革;张凯;方江
发明专利
一种用于煤矿软岩巷道的锚索全长锚固方法
中国
ZL201310116128.X
2015.06.03
1687113
中国矿业大学
季明;张益东;张辉元;王杰;张凯;程亮;金志远;李亚辉;郭红军;张猛;崔满堂;张明磊
发明专利
一种制备模拟巷道变形实验模型的方法
中国
ZL201310593627.8
2016.03.02
1967658
中国矿业大学
季明;程亮;郭红军;张益东;张猛;刘震起;崔满堂;张明磊
发明专利
一种适用于井巷的封孔堵漏材料及使用方法
中国
ZL201410015466.9
2016.06.22
2119060
中国矿业大学
程敬义;陈冬冬;张益东;崔满堂
发明专利
一种巷道表面位移、深部位移同位测量方法
中国
ZL201410186842.0
2017.01.04
2332476
中国矿业大学
张益东;金志远;程亮;季明;贾锦波;张猛;张春喜;崔满堂;张明磊;郭红军
实用新型
一种胶质饼状压力传感器
中国
ZL201320244783.9
2013.10.30
3234643
中国矿业大学
季明;刘海泉;张益东;王悦平;姜凯;邓改革;叶建坤;孙春生;李涛;方江
实用新型
一种用于巷道支护的工字钢锚索梁
中国
ZL201320138414.1
2013.10.30
3235927
中国矿业大学
季明;张益东;刘海泉;姜凯;李矿飞;邓改革;孙春生;李涛
实用新型
一种可承受高预紧力的玻璃钢锚杆
中国
ZL201420660824.7
2015.03.25
4192300
中国矿业大学
郭红军;吴劲松;毛传森;林保东;陈秀友;杨恩宇;李论;李忠;季明
实用新型
一种用于相似模拟实验的预应力锚杆装置
中国
ZL201120277148.1
2012.4.11
2160979
潞安环能股份公司;中国矿业大学
王强;徐金海;李冲;李安洪;李良兵;周保精;吴锐;马钱钱;张玉东;吴增光;李广兴;王中奎
实用新型
基于3D打印的三维矿山相似材料模拟试验装置
中国
ZL201620803160.4
2016.7.27
5893491
中国矿业大学
梁宁宁;高杰;张益东;王方田
实用新型
一种防错动定向钻孔应力计安装杆
中国
ZL201320526803.1
2013.8.28
3483734
中国矿业大学
季明;张益东;姜凯;刘海泉;李涛;孙春生;陈冬冬;王广森;卓陆;李亚辉;邓嘉楠
实用新型
一种可调式护表组合构件
中国
ZL201220276754.6
2012.6.13
2611139
潞安环能股份公司
张益东;李晋平;高林生;王悦平;倪杰;王强;陈翔鹄;赵维森
实用新型
支架式帮锚钻机
中国
ZL201120223838.9
2012.2.1
2092306
潞安环能股份公司
赵锦桥;王强;宋立新;李安洪;刘元同;李广兴;鲍伟;李良兵;许秋霞
软件著作权
巷道开挖围岩受力分析软件V1.0
中国
2014SR191017
2014.12.9
0860253
中国矿业大学
季明;郭红军;张益东;程亮;张猛;李涛
软件著作权
煤矿井下支护系统监测及预警系统V1.0
中国
2016SR021675
2014.9.8
1200292
中国矿业大学
陈凯;季明;郭红军;刘震起
主要完成人情况表
姓名
张益东
排名
1
工作单位
中国矿业大学
技术职称
教授
完成单位
中国矿业大学
曾获科技
奖励情况
2000年国家煤炭工业局煤炭系统第三批拔尖技术人才称号、2011年教育部科技进步一等奖、2011年中国煤炭工业协会科技进步二等奖、2013年中国煤炭工业协会三等奖。
本人对本项目技术创造性贡献
本项目负责人,对项目的创新点
(1)
(2)(3)(4)做出了贡献:
1、提出本课题,并负责课题研究的整体方案设计;在研究过程中,负责了锚固复合承载体理论研究并在相似模拟实验方面提供指导。
2、参与并指导完成了本课题的其他创新成果。
主要完成人情况表
姓名
季明
排名
2
工作单位
中国矿业大学
技术职称
副教授
完成单位
中国矿业大学
曾获科技
奖励情况
2013年江苏省科技进步二等奖、2011年中国煤炭工业协会科技进步二等奖、2015年中国煤炭工业协会科技进步三等奖、2015年中国煤炭工业协会科技进步三等奖。
本人对本项目技术创造性贡献
对项目的创新点
(2)(3)做出了贡献:
1、负责了锚固复合承载体理论的理论研究工作。
2、参与并指导了本项目相似模拟实验设计。
主要完成人情况表
姓名
程敬义
排名
3
工作单位
中国矿业大学
技术职称
讲师
完成单位
中国矿业大学
曾获科技
奖励情况
2016年教育部高等学校科学研究优秀成果奖科学技术进步二等奖。
本人对本项目技术创造性贡献
对项目的创新点
(2)(3)做出了贡献:
1、参与完成了锚固复合承载体理论分析和稳定性计算。
2、参与并指导了项目相关的相似模拟试验。
主要完成人情况表
姓名
王强
排名
4
工作单位
山西潞安矿业(集团)有限责任公司
技术职称
高级工程师
完成单位
山西潞安矿业(集团)有限责任公司
曾获科技
奖励情况
第二十届“孙越崎优秀青年科技奖”、山西省优秀企业家、山西省煤炭系统劳动模范、长治市五一劳动奖章、长治市高新区特级劳动模范、全心全意依靠工人办企业优秀企业家、全国五一劳动奖章。
本人对本项目技术创造性贡献
对项目的创新点
(2)(4)做出了贡献:
1、指导了锚固复合承载体理论分析和实验。
2、组织协调了本项目的现场工业性实验。
主要完成人情况表
姓名
王志强
排名
5
工作单位
山西潞安矿业(集团)有限责任公司
技术职称
工程师
完成单位
山西潞安矿业(集团)有限责任公司
曾获科技
奖励情况
2016年中国煤炭工业协会科技进步一等奖、2015年山西省科技进步二等奖、全国煤炭行业“杰出青年”。
本人对本项目技术创造性贡献
对项目的创新点
(2)(4)做出了贡献:
1、制定王庄矿及司马矿相关项目的研究方案。
2、组织协调王庄矿及司马矿现场实施工作。
主要完成人情况表
姓名
程亮
排名
6
工作单位
中国矿业大学
技术职称
博士研究生
完成单位
中国矿业大学
曾获科技
奖励情况
无
本人对本项目技术创造性贡献
对项目的创新点
(2)(3)做出了贡献:
1、主要负责了锚固复合承载体理论分析、数值模拟和相似模拟试验。
2、参与了本课题现场的工业性试验。
主要完成人情况表
姓名
张凯
排名
7
工作单位
中国矿业大学
技术职称
助理实验师
完成单位
中国矿业大学
曾获科技
奖励情况
无
本人对本项目技术创造性贡献
对项目的创新点
(2)(3)做出了贡献:
1、参与完成了锚固复合承载体承载特性的数值模拟分析。
2、参与完成了锚固复合承载体承载能力计算及相似模拟试验。
主要完成人情况表
姓名
王平清
排名
8
工作单位
山西潞安矿业(集团)有限责任公司
技术职称
工程师
完成单位
山西潞安矿业(集团)有限责任公司
曾获科技
奖励情况
2016年中国煤炭工业协会科技进步一等奖、潞安集团2015年及2016年“优秀企业管理者、屯留县2015年度“优秀企业家”。
本人对本项目技术创造性贡献
对项目的创新点(3)(4)做出了贡献:
1、制定古城矿相关项目的研究方案。
2、组织协调实施了项目的现场实施工作。
主要完成人情况表
姓名
刘海滨
排名
9
工作单位
山西潞安矿业(集团)有限责任公司
技术职称
高级工程师
完成单位
山西潞安矿业(集团)有限责任公司
曾获科技
奖励情况
2014年度山西省煤炭企业管理现代化创新优秀成果特等奖、2013年度山西省煤炭企业管理现代化创新优秀成果一等奖、煤炭企业管理现代化创新成果(行业)二等奖。
本人对本项目技术创造性贡献
对项目的创新点(4)做出了贡献:
1、参与制定总体研究方案。
2、共同研究了潞安矿区巷道精准支护工作。
3、协调指导了现场工业性试验。
主要完成人情况表
姓名
倪亮
排名
10
工作单位
山西潞安矿业(集团)有限责任公司
技术职称
工程师
完成单位
山西潞安矿业(集团)有限责任公司
曾获科技
奖励情况
无
本人对本项目技术创造性贡献
对项目的创新点(4)做出了贡献:
1、共同完成了王庄矿43M5工作面回风巷和7102工作面运输巷精准支护设计。
2、组织协调了项目在王庄矿的现场实施工作。
主要完成人情况表
姓名
杨计先
排名
11
工作单位
山西潞安矿业(集团)有限责任公司
技术职称
高级工程师
完成单位
山西潞安矿业(集团)有限责任公司
曾获科技
奖励情况
2008年中国煤炭工业协会科学技术三等奖、2013年山西省煤炭工业企业管理现代化创新成果一等奖。
本人对本项目技术创造性贡献
对项目的创新点
(1)(4)做出了贡献:
1、参与制定古城矿相关项目的研究方案。
2、组织协调地应力项目的现场实施工作。
主要完成人情况表
姓名
王迁
排名
12
工作单位
山西潞安矿业(集团)有限责任公司
技术职称
高级工程师
完成单位
山西潞安矿业(集团)有限责任公司
曾获科技
奖励情况
中国煤炭工业协会科学技术奖二等奖、山西省科学技术奖三等奖、长治市科学技术奖应用研究/成果转化类二等奖、长治市科学技术奖应用成果二等奖。
本人对本项目技术创造性贡献
对项目的创新点
(1)(4)做出了贡献:
1、参与完成了司马矿1207工作面运输巷围岩脆弱性评估研究。
2、参与完成了司马矿1207工作面运输巷精准支护设计。
3、组织协调了项目在司马矿的现场实施工作。
主要完成人情况表
姓名
郭红军
排名
13
工作单位
中国矿业大学
技术职称
博士研究生
完成单位
中国矿业大学
曾获科技
奖励情况
第九届中国青少年科技创新奖。
本人对本项目技术创造性贡献
对项目的创新点
(1)(4)做出了贡献:
1、参与了巷道围岩脆弱性评估的理论研究。
2、参与了本课题工业性试验。
主要完成人情况表
姓名
张明磊
排名
14
工作单位
中国矿业大学
技术职称
博士研究生
完成单位
中国矿业大学
曾获科技
奖励情况
无
本人对本项目技术创造性贡献
对项目的创新点
(2)(4)做出了贡献:
1、参与完成了锚固复合承载体承载特性的数值模拟研究。
2、具体完成了古城矿N1303工作面运输巷和司马矿1207工作面运输巷支护参数设计及现场观测。
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