[00390761]典型赋存复杂与隐患煤层安全开采关键技术及应用

煤炭是支撑我国国民经济发展的主要能源，约占一次能源消费的65%左右，这种格局在未来30年内难以改变。《BP世界能源统计2011》报告指出：截止2010年，中国现有的可采煤炭储量为1145亿吨，约占世界同类煤炭储量的11.6%，位居世界第三。但我国煤炭赋存条件复杂，据统计国有重点煤矿中地质构造复杂或极其复杂的煤矿占36%左右（2008，钱鸣高等《论科学采矿》），而且许多深部煤层具有动力灾害隐患。这种复杂的煤层开采条件与我国经济快速发展对煤炭资源的大量需求（2011年我国煤炭产量达34.35亿吨，比2006年增长66.26%）不相称。许多矿井为了满足高产需求不得不“吃肥丢廋”，这将导致易采煤层储量快速减少，严重影响我国煤炭资源开采的可持续发展，势必危及未来的国家能源安全。因此，对赋存复杂与隐患煤层进行安全开采意义重大。长期以来，在赋存复杂与隐患煤层开采方面存在着许多尚未解决的技术难题，其中：厚度变化大的煤层难以实施长壁机械化开采，回采率低；近距离灾害煤层群上行卸压开采时，间隔层厚度的科学确定方法还未建立起来；坚硬顶板煤层开采时，顶板来压给生产安全带来巨大威胁，对采空区顶板冒落在时间和空间上进行可靠的检测预报有待于突破。因此，开展上述典型赋存复杂与隐患煤层的安全开采关键技术研究势在必行。本项目针对上述技术难题，以我国华北煤炭主产区的赋存不稳定煤层、坚硬顶板煤层、高应力煤层群的科学开采为研究背景，经过近10年研究，取得如下创新性成果：（1）深入揭示了锚杆杆对顶板增韧和提高抗疲劳强度的力学机理，发明了网格状超前锚固控制顶板无人工作面开采方法，有效控制顶板滞后工作面一定距离冒落，实现了对厚度变化大煤层的安全高效开采。（2）研发了自重水压钻与同步探测技术和底板离层智能化监测仪，通过探测研究揭示了近距离煤层上行开采间隔层破裂演化机理及展布规律，创新性地提出了间隔层稳定性评价方法和技术途径，为消除煤层动力灾害隐患、达到卸压与间隔层稳定并举的目标提供了有力技术保障。（3）发明了采空区坚硬顶板离层遥测技术，创造性地提出了基于离层速度比率预报顶板冒落的方法，研发了相应的预报软件，实现了对坚硬顶板冒落的准备预报，为坚硬顶板工作面安全开采提供了有力的技术支持。本研究已获自主知识产权成果8项（发明专利5项、实用新型2项、软件著作权1项）、受理发明专利2项，发表相关学术论文52篇（其中SCI收录12篇），出版相关专著2部，获省部级一等奖2项、二等奖3项。成果在我国兖州、新汶、淄博、济宁、枣庄、临汾及北京等矿区的42个煤矿得到了直接推广应用。本项技术应用实践表明，该类煤层的采出率平均提高15%以上，安全事故率降低35%左右，工人劳动强度大大降低，达到了对典型赋存复杂与隐患煤层安全开采的目标。近三年，本成果已为企业多回收880万吨煤，直接经济效益达38亿元，为矿井的安全高效生产和可持续发展提供了可靠保障，有力地推动了我国煤矿安全生产的科技进步，具有很强的示范性。