“康红普院士学术思想”专题_中国煤炭行业知识服务平台

“康红普院士学术思想”专题

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康红普(1965.11.16- )采矿工程专家。山西五台人。1985年毕业于山西矿业学院，1991年获中国矿业大学采矿工程博士学位。现任中国煤炭科工集团有限公司(煤炭科学研究总院)开采设计研究分院副院长，研究员，博士生导师。

长期从事煤矿巷道支护理论与技术研究工作。发明了煤矿井下巷道围岩地质力学测试方法与仪器，揭示出巷道围岩地质力学参数分布规律;开发出基于地质力学测试，以锚固与注浆为核心的煤矿巷道安全高效支护成套技术体系。研究成果在我国煤矿得到广泛应用，简化了煤矿生产系统，提高了煤矿安全度与生产效率，推动了我国煤矿巷道支护技术的变革与发展，提升了我国煤矿巷道围岩控制理论与技术水平。获国家科技进步一等奖1项，二等奖3项。获国家发明专利10余项。出版专著3部，发表论文120余篇。

2015年当选中国工程院院士。

行业视野: 院士
类别; 308个
关键词; 114位
专家; 99篇
论文; 109647IP
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原岩应力场作用下的锚杆支护应力场及作用分析

作者(Author)：李建忠, 康红普, 高富强, 娄金福

摘要：为研究原岩应力场作用下的锚杆支护应力场及锚杆支护作用，采用UDECTrigon数值模拟方法，对不同预紧力及不同支护密度下的支护应力场及锚杆支护作用进行系统。研究表明：基于UDECTrigon方法提出了一种考虑原岩应力场及节理因素作用下获取锚杆支护应力场的合理方法；锚杆支护应力场分布特征与预紧力及支护密度紧密相关，预紧力对支护应力场影响更大；低预紧力时支护应力场呈零星、不连续分布，高预紧力时呈连续、整体分布；锚杆支护应力场与巷道围岩强烈变形破坏区呈你大我小、你小我大的动态博弈机制；高预紧力锚杆支护提供的主动约束力不仅可限制节理张开，还能增大节理面抗剪能力，抑制节理滑移，控裂效果显著；锚杆支护应力场由锚杆预应力场及锚杆抑制围岩变形破坏本该释放的应力两部分组成，前者表现为锚杆支护对无变形破坏围岩的加固效应，后者是锚杆支护对围岩变形破坏的主动及被动约束控裂作用结果。预应力场只占锚杆支护应力场的一小部分，但锚杆预紧力对锚杆支护应力场的产生及分布有极大的影响

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煤炭学报

2020年第S1期

1451

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“煤矿千米深井围岩控制及智能开采技术”专辑特邀主编致读者

作者(Author)：康红普

摘要：　　深地资源开发是我国未来科技发展的重要方向，深部煤炭资源安全高效开采是煤炭行业必须攻克的关键技术。我国埋深1000m以下的煤炭资源非常丰富，主要分布在中东部地区。该地区的大部分煤矿已进入深部开采，最大开采深度超过1500m，带来一系列开采与岩层控制难题。为保证我国煤炭工业的可持续发展、国家能源安全及中东部经济发达地区的能源供给，千米深井煤炭资源安全高效开发势在必行。　　与浅部煤矿相比，千米深井最大的特点是地应力高、采动影响强烈。已有的地应力测量数据表明，有些千米深井的最大主应力超过40MPa，明显高于煤层和一些岩石的单轴抗压强度，致使围岩变形与破坏特征发生显著变化，突出表现为流变性、扩容性和冲击性。巷道开挖后即表现为变形大、持续时间长、稳定性差，受到工作面强烈采动影响后，围岩变形与破坏进一步加剧，甚至出现冒顶、冲击地压等灾害;采煤工作面矿压显现强烈，煤壁片帮、顶板冒落及支架损坏现象突出。适用于中浅部煤矿的开采与围岩控制技术不能解决千米深井难题。此外，智能开采是煤矿实现安全高效开采的有效途径，近年来该项技术在我国煤矿发展迅速，在一些中浅部或地质条件相对简单的矿井得到推广应用。然而，由于千米深井开采环境的特殊性，目前还没有适合高应力、强采动矿井的智能化开采技术。　　鉴于此，国家在“十三五”期间，将“煤矿千米深井围岩控制及智能开采技术”列入国家重点研发计划项目，吸纳了10家我国煤矿围岩控制与智能开采领域一流的科研机构、高等院校和煤炭企业，形成了多学科、多层次的高水平产学研攻关团队。围绕千米深井围岩控制与智能开采，综合考虑巷道和采煤工作面相互影响，以合理加大工作面长度，实现生产集约化，降低掘进率、提高煤炭采出率为思路，以“应力场―围岩变形―围岩控制―开采与围岩控制的智能化―井下试验”为主线，系统研究4个关键科学问题：高地应力与超长工作面强采动应力叠加作用下巷道围岩大变形机理;高应力、强采动巷道围岩支护—改性—卸压“三位一体”协同控制原理;千米深井超长工作面应力与覆岩结构演化机理;超长工作面多信息融合的智能开采模式，研发形成千米深井巷道围岩支护-改性-卸压“三位一体”协同控制及基于千米深井超长工作面矿压规律的智能开采技术体系。目前，项目研发时间已经过半，取得了一些阶段性研究成果，并在中煤新集口孜东煤矿进行了井下示范工程。　　《煤炭学报》第3期前16篇论文集中报道了“煤矿千米深井围岩控制及智能开采技术”研究团队的阶段性研究成果，包括千米深井高应力强采动巷道围岩大变形理论、超长工作面采动应力演化规律、巷道围岩控制原理与技术、巷道围岩注浆改性材料、超长工作面岩层控制与智能开采技术等5个方面的内容，希望专题的刊出可为煤矿千米深井开采与围岩控制提供借鉴。　　在本专辑出版之际，衷心感谢行业有关专家学者在百忙之中对论文的认真评审。同时，感谢为项目提供技术指导和帮助的所有专家，及完成井下示范工程的技术人员和施工队伍。

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煤炭学报

2020年第03期

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煤矿千米深井巷道围岩支护-改性-卸压协同控制技术

作者(Author)：康红普, 姜鹏飞, 黄炳香, 管学茂, 王志根, 吴拥政, 高富强, 杨建威, 程利兴, 李建忠

摘要：针对煤矿千米深井、软岩、强采动巷道围岩大变形难题，以淮南新集口孜东矿350 m超长工作面运输巷为工程背景，分析了巷道围岩大变形、支护构件失效原因;采用理论分析、实验室试验和井下试验方法，从围岩物性劣化、偏应力诱导围岩扩容、软岩结构性流变及超长工作面采动影响等方面，揭示了高地应力与超长工作面强采动应力叠加作用下巷道围岩大变形机理。以此为基础提出千米深井、软岩、强采动巷道支护-改性-卸压协同控制理念，采用数值模拟对比研究了无支护、锚杆支护、锚杆支护-注浆改性、锚杆支护-注浆改性-水力压裂卸压4种方案巷道围岩应力、变形及破坏规律，阐述了巷道支护-改性-卸压协同控制原理。研发出CRMG700超高强度、高冲击韧性锚杆支护材料，研究揭示了锚杆受拉、剪、扭、弯及冲击复合载荷作用的力学响应特征;开发出微纳米无机有机复合改性材料及配套高压劈裂注浆技术;研发出分段压裂水力压裂卸压技术与设备，形成了巷道支护-改性-卸压协同控制技术。基于上述研究成果，提出口孜东矿示范巷道支护-改性-卸压布置方案与参数，并进行了井下试验与矿压监测。监测结果表明，巷道围岩协同控制技术应用后，巷道变形量降低50%以上，锚杆、锚索破断率降低90%，工作面采动应力明显减小，有效控制了千米深井、软岩、强采动巷道大变形。最后，对下一步的研究工作进行了展望。

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煤炭学报

2020年第03期

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千米深井巷道高压劈裂注浆改性技术研发与实践

作者(Author)：张振峰, 康红普, 姜志云, 李文洲, 姜鹏飞, 蔡瑞春, 朱阳涛, 王军

摘要：高压劈裂注浆改性技术通过注浆改性方法可提高围岩自承能力，是巷道围岩“支护—改性—卸压”协同控制技术的重要一环。针对口孜东矿121302运输巷锚杆支护效果差，常规注浆方法无法注入巷道围岩等难题，开展了千米深井巷道高压劈裂注浆改性技术研究与实践。开发高压劈裂注浆工艺，研制高压劈裂注浆装备，试制的矿用气动注浆泵最大工作压力超过30 MPa，采用微纳米无机有机复合改性材料，经过超细加工，95%的粒径≤9 μm，在121302运输巷掘进工作面进行高压注浆改性试验，对注浆压力―流量变化规律、注浆量、浆液扩散半径等参数统计分析，对注浆改性后的效果进行了测试评价。试验结果表明:注浆压力与注浆流量是劈裂注浆的主控因素;掘进工作面超前注浆平均启劈压力在22 MPa左右;滞后掘进工作面6~8 m注浆，适当降低排量，注浆过程进入高压微劈裂-渗透注浆阶段，增强注浆效果。高压劈裂注浆改性工艺解决了高应力低渗透软岩“注不进”的难题，保证锚杆索锚固质量，改善新掘巷道成型。巷道围岩改性效果理想:现场取样SEM扫描电镜细观形貌分析可发现，高压劈裂注浆工艺下，新型微纳米有机无机复合改性材料可注入最小约2 μm宽度的裂隙;浆液水化固结体密实并与煤界面结合致密;纳米压痕试验证明煤浆界面区弹性模量高于煤，致裂重新黏合后的煤体力学性能强于之前。

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煤炭学报

2020年第03期

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千米深井软岩大巷围岩锚架充协同控制原理、技术及应用

作者(Author)：姜鹏飞, 康红普, 王志根, 刘庆波, 杨建威, 高富强, 汪向明, 张群涛, 王海涛

摘要：针对煤矿千米深井高应力、软岩大巷围岩强时效大变形难题，以中煤新集口孜东矿软岩大巷为工程背景，根据井下实测数据与支护状况，分析了不同支护方式下巷道围岩大变形、支护构件破坏与失效特征。采用理论计算得出U型钢支架在均布载荷和不同类型集中载荷作用下的垂直反力、水平推力及弯矩，揭示了充填体对提高U型钢支架发挥其承载能力的作用机制;采用数值模拟分析对比了锚网喷、锚网喷+钢管混凝土及锚架充3种支护方式控制围岩变形与破坏的效果，阐明了千米深井软岩大巷锚架充协同控制原理。在引进与自主研发的基础上，形成了包括支护材料与构件、充填材料与系统、自动架棚机、单轨吊巷道锚杆支护平台的锚架充协同控制技术。基于上述研究成果，提出口孜东矿软岩大巷锚架充协同控制方案与参数，并进行了井下试验与推广应用。结果表明，锚架充协同控制技术能够有效控制千米深井巷道围岩大变形，特别是强流变，保持巷道长期稳定。与原支护相比，巷道变形量降低90%以上，同时节约了巷道维护成本，为千米深井软岩大巷围岩控制提供了一条有效的途径。最后，对锚架充协同控制技术下一步研究工作进行了展望。

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煤炭学报

2020年第03期

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煤矿砂岩横向切槽真三轴定向水力压裂试验

作者(Author)：吴拥政, 杨建威, 康红普

摘要：为揭示煤矿基本顶细砂岩定向水力压裂裂缝起裂、扩展规律，在煤矿井下原位获取300 mm×300 mm×300 mm大尺寸细砂岩，在试样正中布置直径26 mm的压裂孔，采用专用切槽钻头垂直钻孔轴向预制长12 mm的三维楔形横槽，开展大型真三轴定向水力压裂试验与高能工业CT扫描，研究了原生层理方向与水平应力差对水力裂缝起裂压力、扩展形态、水压-时间曲线、压裂体积的影响规律，并引入定向偏转距概念(预制切槽处裂缝沿其方向定向扩展不发生偏转的距离)来表征定向压裂效果。试验结果表明:预制横向切槽可驱使附近裂缝沿着切槽定向起裂、扩展，裂缝形态分为单一横切型和复杂“H”型;水压-时间曲线根据裂纹扩展阶段的不同，分为平缓式波动型和断崖式跌落型。水平应力差对切槽处的裂缝定向偏转距影响程度大于层理方向。高水平应力差作用下切槽尖端应力集中程度更高，穿越层理面能力更强，裂缝从切槽尖端起裂后与层理交汇后不发生偏转，切槽定向效果较好;而低水平应力差作用下裂缝扩展时遇到层理易发生转向，切槽定向效果差。高水平应力差下裂缝定向偏转距为低水平应力差下的10倍，前者切槽可定向裂缝扩展至试样边界，后者切槽仅可控制其附近裂缝扩展方向，之后逐渐偏转至与最大水平主应力方向平行。层理平行切槽时，裂缝平均起裂压力、压裂体积是垂直切槽时的1.7倍;高水平应力差作用下裂缝平均起裂压力、压裂体积是低水平应力差作用下的1.3倍。层理效应在低水平应力差作用下明显，当切槽与层理方向一致时，切槽附近层理最易被激活并沿切槽定向扩展，裂缝宽度与形态复杂多样，反之，较难被激活，裂缝形态单一;而高水平应力差下不同方向的层理均能被激活，裂缝扩展充分，形成形态复杂多样的缝网。

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煤炭学报

2020年第03期

1398

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煤炭开采与岩层控制的空间尺度分析

作者(Author)：康红普

摘要：论述了煤炭开采与岩层控制研究中涉及到的不同空间尺度，从全球尺度到煤体中的纳米级微孔隙。包括全球煤炭资源、煤田、矿区与井田、采掘钻空间、岩石力学试验、煤岩组分与结构、支护与加固材料组分及结构的尺度分布。介绍了不同尺度范围内煤炭开采与岩层控制的主要研究内容及研究方法。指出煤炭开采与岩层控制研究的空间尺度集中分布在 10...～ 10. m之间，跨17个数量级。不同尺度研究的重点内容不同，研究方法也不同。岩层控制中的一些岩层结构只能出现在一定尺度内。巷道与采场顶板中形成的梁、拱、层、壳等结构的尺度一般为 10..～10. m，远离这些尺度，岩层结构无法形成。岩层控制研究中，有些问题，如软岩遇水软化和膨胀，煤层的渗透性等必须从微观尺度开始研究；有些问题，如研究巷道和采场周围应力场与位移场分布，一般只需了解煤岩层的宏观物理力学性质即可；而还有些问题，如岩石的破裂，需从微观到宏观不同尺度进行研究。目前，从宏观、细观到微观的多尺度研究方法已在煤炭开采与岩层控制研究中得到广泛应用，不同尺度之间的相互联系非常重要。

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采矿与岩层控制工程学报

2020年第02期

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新元煤矿破碎煤体单轴抗压强度快速测定方法研究及应用

作者(Author)：雷顺, 康红普, 高富强, 司林坡

摘要：单轴抗压强度(UCS)是衡量煤岩体力学性能的基本参数之一，破碎煤体UCS一直是煤矿工程师面临的一个难题。以新元煤矿为工程背景，提出了一种基于原位钻孔触探法快速测定破碎煤体UCS的方法，为构建破碎煤体单轴抗压强度现场测定方法提供了一个新的思路。首先通过优化探针直径和改进动力源，现场对破碎煤体进行原位钻孔触探强度测定，然后采集破碎煤样进行实验室点载荷强度测定，同时根据钻孔触探法和点载荷法2种测试方法将测试数据分为两组，得到对应测试结果威布尔分布相关参数，其次运用数理统计软件SPSS分别对回归方程和回归系数进行显著性检验，建立临界载荷(Pc)与点载荷强度指数(Is50)的关系，在此基础上借助Is50与UCS的经验关系，建立破碎煤体UCS与Pc的关系，实现破碎煤体UCS的原位快速测定。研究结果表明:钻孔触探法与点载荷法测试数据对应的威布尔分布形状参数分别为:402,412，即2种测试方法的测试结果分布函数形状基本一致;新元煤矿破碎煤体钻孔触探临界载荷与点载荷强度指数的关系为:Is50=0.066Pc-0.002;新元煤矿破碎煤体UCS与钻孔触探临界载荷的关系为:UCS=0.807Pc+1.726;新元煤矿破碎煤体钻孔触探临界载荷为1.55~3.48 MPa，UCS为2.97~4.53 MPa;新元煤矿破碎煤体UCS测定结果与现场估算较为接近，表明所提出的破碎煤体单轴抗压强度测定方法切实可行。

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煤炭学报

2019年第11期

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