[01222117]深埋薄基岩大采高采场覆岩运动规律与安全开采技术

本项目研究成果属于矿山开采技术领域。 巨野矿区位于山东省西南部,已探明地质储量55.7亿吨,以国家紧缺的焦煤、肥煤为主,是华东地区新探明的最好、最大的特大型煤田,建设有新巨龙、赵楼、郭屯、万福、梁宝寺等7对矿井,每年可产煤1800万吨,有效解决了山东省乃至华东地区的能源供应紧张问题。巨野矿区松散层厚度600m以上、煤层厚度5.8-9.9m不等、基岩厚度40-240m不等,同时兼具了大埋深、薄基岩、厚松散层的赋存特点。由于前期矿压观测数据的严重匮乏,各矿对该类地层条件下采场矿压规律与岩层运动特征认识不足,致使现场工程实践中支架压死、端面煤岩冒漏、煤壁片帮等事故频发,根据不完全统计,仅2018、2019两年巨野矿区各矿发生压架、大范围冒顶片帮事故10余次,造成了严重经济损失。因此,针对巨野矿区同时兼具大埋深、薄基岩、巨厚松散层特殊条件下的大采高采场覆岩运动规律与安全开采技术展开深入系统研究已具有刻不容缓的必要性。 本项目以郭屯煤矿3301大采高工作面为工程背景,采用现场实测、理论分析、数值模拟等手段,对深埋薄基岩大采高采场矿压显现规律、覆岩运动与失稳准则、支架-围岩关系、煤壁片帮机理与超前巷道围岩控制等一整套内容进行研究： （1）现场实测采场支架液压信息和位态信息,得出支架安全阀开启率、来压动载系数及沿工作面长度方向载荷分布特征;统计端面煤岩体片帮、冒顶参数,研究其片帮和冒顶发生事件与液压支架工况的关联性。 （2）模拟煤层开采时应力场和位移场演化特征,分析关键块体的破断和运移特点,揭示关键块失稳形式和判别准则;建立大采高采场软弱煤壁弧形滑动失稳力学模型,推导煤壁片帮失稳的类型及其临界力学条件,揭示煤壁片帮的力学机理。 （3）结合薄基岩大采高采场矿压显现特点,建立适用于深埋薄基岩大采高采场支架工作阻力的科学计算方法;提出基于液压支架故障可靠性监测的大采高采场含夹矸软弱煤壁控制方法,及适用于大采高采场超前回采巷道围岩控制的桁架锚索加固技术。 本项目所揭示的深埋薄基岩大采高采场覆岩运动规律将丰富和发展矿山压力及其控制理论,尤其是对大采高采场支架工作阻力计算、冒顶片帮治理及超前回采巷道桁架锚索控制具有重要的指导性和决策意义。该项目研究成果将有效地抑制深埋薄基岩大采高采场煤岩体冒落、片帮事故,降低煤炭开采成本,减轻工人劳动强度,提高了采场安全性和煤炭回收率,满足矿井高产、高效的目标。该技术获批国家发明专利10项,发表文章20余篇,近三年新增利润4.21亿元,取得了显著技术、社会和经济效益。