微精选

【导语】

李桂臣教授团队针对煤矿软岩泥化巷道围岩失稳难题，提出“梯级强化控制”原理，揭示富水与应力环境诱发泥化失稳的渐进破坏机制，形成锚注一体改良、旋喷注浆桩群强化、逐层锚喷置换三项关键技术。在淮北矿区应用新型多钢绞线注浆锚索束、高压旋喷注浆及人工置换泥态围岩，显著控制巷道变形，保障长期稳定。该研究为深部煤矿安全开采提供了科学支撑与技术体系。

所谓软岩泥化巷道，是指在泥质矿物含量超过50%的煤系沉积岩层中开掘的巷道。这类巷道由于富含膨胀性黏土矿物，遇水后力学强度显著下降，极易发生大变形、底鼓、垮冒等失稳现象。尤其是在高地应力、高承压水环境下，加上采动应力的强烈扰动，巷道围岩往往表现出显著的流变特性和泥化失稳特征。

以淮北矿区的芦岭煤矿、涡北煤矿和朱仙庄煤矿为例，这些矿井的软岩泥化巷道普遍面临围岩强度低、水化作用强、变形时效显著等问题。现场监测数据显示，巷道围岩变形量大、支护结构失效频繁，严重影响了矿井的正常生产和安全运行。

针对软岩泥化巷道围岩控制的复杂性，李桂臣教授团队提出了“梯级强化控制”原理。这一原理的核心在于：在保障“支护-围岩”相互作用关系中高预紧力、高刚度、高强度锚杆（索）支护承载闭环结构的前提下，根据泥岩水化程度，分阶段、分层次地采取针对性控制措施，实现围岩承载能力的多层次强化。

具体来说，梯级强化控制包括三个关键环节：

1、锚注一体泥质围岩性质改良
通过自主研发的矿用新型多钢绞线组合中空注浆锚索束，实现锚固与注浆的一体化。该技术能够有效填充岩体裂隙，提升围岩的整体性和力学性能，特别适用于强动压影响和长期非线性变形的巷道。

2、旋喷注浆浅表桩群结构强化
采用高压旋喷注浆技术，在巷道浅表形成强度高、刚度大的岩-浆固结体桩群结构。这一技术能够显著提高围岩表层的承载能力，有效抑制围岩的变形和破坏。

3、逐层锚喷泥化岩体强力置换
对于完全泥化的围岩，采用高强混凝土逐层置换泥态围岩，并通过多层锚固和注浆强化，重塑围岩的承载结构。这一技术适用于围岩渗水劣化严重、承载能力几乎丧失的极端情况。

理论研究的最终目的是指导实践。李桂臣教授团队将梯级强化控制原理应用于淮北矿区的多个典型软岩泥化巷道工程，取得了显著成效。

1、芦岭煤矿西轨大巷

针对底板渗流-应力耦合作用导致的剧烈变形问题，团队采用新型多钢绞线组合中空注浆锚索束进行治理。通过提高注浆压力和优化注浆工艺，实现了围岩的全长锚固和裂隙填充，有效控制了巷道底鼓和两帮变形。

2、涡北煤矿8204机巷

在掘进过程中，团队首次在井下开展了高压旋喷注浆工程实践。通过高压旋喷成桩技术，在破碎泥质岩体中形成了强度高、刚度大的桩群结构，显著提高了围岩表层的承载能力，保障了巷道的长期稳定。

3、朱仙庄矿II水平第二皮带大巷

针对断层破碎带围岩完全泥化的极端情况，团队采用逐层锚喷泥化岩体强力置换技术，通过孔洞导水、泥岩置换、逐步注浆和逐层锚喷等工序，成功恢复了巷道的承载结构，解决了长期困扰矿井的安全难题。

通过系统的理论研究和工程实践，李桂臣教授团队不仅验证了梯级强化控制原理的科学性和可行性，还形成了一套完整的软岩泥化巷道围岩控制技术体系。这一体系不仅能够有效控制巷道围岩的变形和破坏，还能够显著提高围岩的承载能力和稳定性，为煤矿深部开采提供了可靠的技术保障。

然而，软岩泥化巷道围岩控制是一个复杂的系统工程，涉及地质条件、应力环境、支护结构等多个方面。未来的研究需要在以下几个方面进一步深化：

1、泥质软岩水化作用的微观机制

通过多尺度实验和数值模拟，深入揭示泥质软岩水化作用的微观机理，为围岩改性技术提供理论依据。

2、智能化支护技术的应用

结合物联网、大数据和人工智能技术，开发智能化的支护监测和控制系统，实现对巷道围岩变形的实时监测和动态调控。

3、绿色支护材料的研发

开发环保、高效、低成本的支护材料，减少对环境的影响，推动煤矿绿色开采和可持续发展。

该项研究成果发表于《煤炭学报》2025年第2期（第50卷），从理论创新、技术研发到工程实践形成了完整链条，不仅推动了岩石力学与采矿工程学科的发展，更为煤矿安全生产和深部资源开发提供了关键技术保障。