(1) 提出了深部巷道围岩应力场和变形破裂导致的围岩结构扰动演化过程的监测表征方法，发展了深部巷道大变形灾变过程模拟分析的FDEM方法，揭示了深部巷道米级大变形灾害孕育形成的破裂碎胀-大位移运动机理。
(2) 提出了由“应力恢复、围岩增强、固结修复、应力转移-承载圈控制”四项控制原理构成的深部围岩稳定性分步联合控制理论，建立了精准介入围岩结构与扰动应力场演化过程、多重手段分步协同的米级大位移灾害分步联合控制技术体系。
(3) 研发出深部巷道米级大变形灾变环境下TBM安全高效掘进控制关键技术，发展了TBM掘进过程挤压变形卡机灾害预测控制方法及卡机灾害控制的功能性子系统，建立了深部煤系地层TBM系统适应性设计理论与评价决策体系。
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煤矿深部巷道碎胀大变形灾害控制及大变形灾变环境下TBM快速成巷技术
煤炭是我国的主要能源，目前已探明的煤炭资源储量中53%埋深超过1000m。随着浅部煤炭资源日渐枯竭，我国东部地区全部矿井和中西部地区部分矿井已进入深部开拓开采阶段。据不完全统计，目前开采深度超过1000m的矿井已达50余座，最大采深达1500m(如孙村、孔庄煤矿等)，且以10～25 m/a的速度向深部延伸。可以预见，未来东部矿区将向更大采深发展，中西部将会有越来越多的矿井进入深部开拓开采阶段。相对于浅部开采，深部煤矿围岩的赋存环境与力学行为有显著差异。以淮南、平顶山等中东部较早进入千米深部开采的典型矿区为例，受郯庐断裂、秦岭大别山造山运动的强烈作用，深部围岩地应力极高(20～30 MPa)，且岩体破碎(仅淮南矿区探明的落差> 5 m的断层就达5300余条)。伴随着巷道掘进过程的“强卸荷”作用，围岩大范围破坏失稳导致巷道频繁发生米级收敛大变形甚至巷道封闭型大变形，工程灾害频发，严重影响矿井通风运输安全和煤炭生产。传统的围岩稳定性控制理念、支护措施和施工工艺已经远远不能满足深部巷道剧烈大变形灾害控制的要求。同时，在米级剧烈大变形的灾变环境下，深部巷道掘进效率低，且需频繁翻修，导致采掘接续紧张。因此，深部巷道大变形灾害防控以及大变形灾变环境下快速掘进技术是我国深部煤炭开采亟需解决的重大课题。
笔者从深部煤矿围岩赋存条件入手，围绕中东部典型矿区深部巷道米级大变形灾变机理、深部巷道大变形灾害控制理论及技术体系、大变形灾变环境下的TBM快速成巷技术等方面展开了系统研究，旨在实现深部巷道围岩稳定和碎胀大变形灾害的有效控制，实现安全高效掘进，解决深部矿井采掘接替的技术难题。
图 1 流变应力恢复法地应力测量技术及其在谢桥煤矿应用
图 2 “多点位移一体化自动监测+弱反射光纤大量程位移监测”互补的围岩变形破裂监测技术及应用
图 3 多点位移一体化自动监测技术原理及弱反射光纤光栅传感器结构
图 4 深部围岩变形监测系统
图 5 FDEM模型网格划分及节理单元破坏模式
图 6 基于单元软化法的FDEM巷道开挖模拟流程
图 7 巷道碎胀大变形过程模拟
图 8 开挖支护前后围岩应力状态与强度的改变
图 9 分步联合控制系统
图 10 “高强抗折喷层+高预应力联合作用”技术
图 11 可控预应力超强锚杆
图 12 经济型高强高韧注浆材料
图 13 新型预应力注浆锚索
图 14 FDEM精细化锚杆实体模型
图 15 浆液运移扩散及注浆胶结加固算法
图 16 全断面掘进机部件运输路线
图 17 分体式刀盘+免焊接螺栓
图 18 适应性设计实现整机防爆功能
图 19 TBM小半径转弯和大坡度巷道掘进针对性设计
图 20 不良地质体的超前探测与超前加固系统
图 21 多关节全自由度法向预应力锚杆(索)钻机
图 22 FDEM卡机模拟预测方法
图 23 TBM卡机灾害现场监测预警系统
图 24 TBM掘进大变形卡机灾害防控技术
图 25 TBM挤压变形卡机灾害分步联合控制技术
图 26 TBM掘进岩－机作用信息智能监测平台
图 27 深部煤系地层TBM掘进参数智能决策技术
刘泉声，武汉大学学术委员会副主任、教授、土木工程国家“双一流”学科建设负责人，教育部“长江学者”特聘教授；国家973计划项目首席科学家。中国煤炭学会常务理事；中国岩石力学与工程学会常务理事暨软岩工程与深部灾害控制分会理事长；《岩石力学与工程学报》《岩土力学》《矿业科学学报》《煤炭科学技术》《Rock Mechanics Bulletin》编委，《隧道与地下工程灾害防治》副主编、《煤炭科技》编委会副主任。
研究方向
主要从事深部巷道围岩稳定与碎胀大变形灾害控制、复杂地层TBM安全掘进快速成巷技术、采掘过程煤岩信息智能感知识别及决策控制、裂隙岩体热-力-水多过程耦合致灾机理模拟及控制等研究
主要成果
先后主持国家自然科学基金项目10项、国家级重大重点项目10多项、重大工程科研项目40余项。发表SCI论文250多篇、 EI论文460多篇，获发明专利69项，出版专著3部。获国家科技进步二等奖4项（排名1，1，1，2）、省部级科技成果奖9项；国家级教学成果二等奖1项（排名1）、湖北省教学成果特等奖1项（排名1）。2020～2024年连续入选爱斯维尔中国高被引学者榜单，2022～2024年连续入选斯坦福大学全球前2%顶尖科学家终身影响力成就榜。
来源：
刘泉声，刘滨，唐彬，等. 煤矿深部巷道碎胀大变形灾害控制及大变形灾变环境下TBM快速成巷技术[J]. 煤炭学报，2025，50(1)：224−244.
LIU Quansheng，LIU Bin，TANG Bin，et al. The control of fragmenting swelling deformation disasters in deep mine roadways and the efficient TBM tunneling technology under such conditions[J]. Journal of China Coal Society，2025，50(1)：224−244.
策划丨郭晓炜
责编丨黄小雨
编辑丨李莎
审核丨郭晓炜
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