破解巷道“蝴蝶劫”

“师傅，这巷道顶板咋这么‘听话’？”国家能源集团神东煤炭布尔台煤矿新入企的大学生学徒蒙威铭盯着头顶平整的岩层，忍不住问师傅王伟。此时他们正穿行在布尔台矿千米深的巷道里，防爆灯的光束扫过顶板，那些带着弹簧的钢索像一排沉默的卫士，牢牢锚定着岩层，连细微的掉渣都没有。

王伟咧嘴一笑，说道：“这可不是它听话，是咱们有了‘降魔宝器’。”他抬手拍了拍一根带着螺旋弹簧的锚索，“就这玩意儿，可是咱们矿工的守护神。”

图为加装了弹簧钢索的崭新工作面

师傅王伟口中的“宝器”，正是神东联合中国矿业大学（北京）等六家单位熬了3年搞出来的“煤矿采动巷道冒顶控制关键技术与装备”。

深入调研，找准问题“症结”

在煤矿井下，巷道是保障生产与人员通行的“生命线”，巷道冒顶则如同是头顶的“悬剑”。神东技术研究院高级工程师王巍对这种风险有着最直观的感受：“以前，巷道冒顶事故时有发生，不仅影响生产进度，还让大家每天都提心吊胆。每次下井，都要时刻留意顶板的情况，就怕突然冒顶。”这种“被动防御”的状态，成为制约煤矿安全高效生产的瓶颈。

为破解这一难题，神东技术研究院常务副院长张传玖牵头组建专项攻关团队，并主动联动中国矿业大学（北京）、重庆大学等高校的顶尖矿业工程专家，构建起“企业需求+高校科研”的产学研协同创新模式。

团队成员扎根各矿井井下现场，穿梭在一条条巷道中，对不同煤层、不同埋深的巷道进行逐一排查；深入高风险的大变形回采巷道区域，持续数周记录数据，从顶板下沉量、两帮移近量到围岩裂隙发育情况，不放过任何一个细节。

正是这场“地毯式”的调研，让团队捕捉到了颠覆传统认知的关键线索——大变形回采巷道的破坏形态，并非此前普遍认为的圆形或椭圆形，而是呈现出独特的“蝶形”：巷道顶部与两帮的破坏区域相互连通，形成类似蝴蝶翅膀的对称裂隙带，且这种破坏会随着开采推进快速扩展，最终引发冒顶。

中国矿业大学（北京）的赵志强教授团队，在对海量数据进行分析后进一步指出：“‘蝶形’破坏并非偶然，它与煤层埋深、围岩强度及开采扰动的相互作用直接相关。这一发现不仅解释了过去部分支护方案失效的原因，更像一把钥匙，为我们打开了精准控制巷道冒顶的大门——只有先摸清‘蝶形’破坏的形成机理、演化规律，才能针对性地设计支护技术，从‘被动防冒顶’转向‘主动控变形’。”

多管齐下，攻克技术难题

找到了问题的关键，研究团队开始采用现场测试、理论推导、数值模拟、实验室试验等综合研究方法，全面深入地探索巷道蝶形破坏的奥秘。

现场测试中，技术人员在巷道中安装了各种监测设备，实时监测围岩的应力、位移等参数变化。“这些设备就像我们的‘眼睛’，让我们能够实时掌握巷道围岩的动态变化。”布尔台煤矿矿压管理办韩鹏介绍说。通过对监测数据的分析，研究团队逐渐揭示了采动高偏应力环境下围岩的非均匀演化规律，明确了大变形采动巷道蝶型冒顶的机理。

图为研究团队研究探索巷道矿压变化规律

理论推导是研究的重要环节。专家们经过无数次的计算和论证，将蝶形破坏特性研究成果引入传统的支承压力矿压分析方法，获得了更为准确的矿压变化规律。同时，他们还深入研究了巷道围岩塑性区产生和瞬时急剧扩展的特性与突变条件，提出了煤层巷道蝶叶突变引发冲击地压的机理，并给出了巷道冲击地压能量释放的理论计算方法，建立了相应的判定准则。

数值模拟和实验室试验也为研究提供了有力支持。在数值模拟中，研究人员利用计算机模拟巷道在不同开采条件下的变形破坏过程，提前预测可能出现的问题，并提出针对性的解决方案。实验室试验则是在模拟的巷道环境中，对各种支护材料和技术进行测试，筛选出最适合的方案。

创新成果，守护巷道安全

经过不懈努力，研究团队取得了一系列丰硕的成果。

他们创立了采动巷道蝶形破坏理论，将巷道大变形、冒顶、冲击地压等多种灾害形态及其伴随的物理现象统一起来，为煤矿巷道灾害防治提供了全新的理论基础。“这一理论的创立，就像是为我们打开了一扇新的大门，让我们对巷道灾害的认识更加深入和全面。”重庆大学的蒲源源教授感慨地说。

图为布尔台煤矿智能矿压监测中心

在预警方法与机制方面，研究团队提出了采动巷道冒顶隐患分阶段多层次的预警方法。在设计阶段，建立了灾害风险远期风险评价方法，构建了以围岩破坏形态为基础的采动巷道冒顶隐患指标体系和分级方法，实现了煤层巷道冒顶隐患可视化智能分析和差异化支护设计。在巷道掘进期间，通过建立超前钻孔记忆留存实现钻孔围岩破坏区形态的原位成像技术方法，实现了围岩破坏区形态的原位实时成像。此外，还开发了巷道围岩地质模型构建与隐患预测预警系统，为矿山安全提供了科学准确的预警。

在关键技术与装备研制方面，更是成果显著。研制的无反复支撑超前支护系统，成功解决了强采动巷道超前段支护中“反复支撑加剧顶板和锚索锚杆破坏、支撤和移动效率低、用人多”的重大难题。布尔台煤矿的工人师傅们对此赞不绝口：“以前超前支护的时候，又累又不安全，现在有了这个新系统，工作轻松多了，安全也更有保障。”

推广应用，收获显著成效

这些创新成果并非停留在实验室和理论层面，而是迅速在煤矿生产中得到了广泛的推广应用。布尔台煤矿和保德煤矿等煤矿率先成为了新技术的试验田。

布尔台煤矿应用新的冒顶控制技术和装备后，实现了“零”冒顶事故。布尔台煤矿安全副矿长李健威激动地说：“这不仅保障了矿工们的生命安全，也大大提高了我们的生产效率，为企业带来了实实在在的经济效益。”以前，由于巷道存在冒顶隐患，生产时常中断，设备维修成本也居高不下。现在，巷道安全稳定，生产能够持续高效进行，煤炭产量稳步提升，企业的利润也大幅增长。

图为掘锚队支护工进行打锚杆作业

保德煤矿在应用过程中，也根据自身的实际情况对技术进行了进一步的优化和完善。他们组织技术人员和一线工人进行培训，让大家尽快熟悉和掌握新的技术和装备。

从深入调研找症结到多管齐下攻克难题，从创新成果守护安全到推广应用成效显著，这项获奖成果正悄然改变着煤矿的生产图景。在神东，“零冒顶”不再是遥不可及的目标，而是每个矿工下井时的踏实底气。

作者：刘晓婷

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