[00915110]资源枯竭型矿井优化增储及围岩稳控关键技术与示范

1.项目立项背景：该项目属于矿山工程技术(44035)学科领域。随着煤炭资源开采强度增加，中国许多矿井尤其是中东部矿井煤炭资源可采储量急剧衰减，甚至一些矿井因资源枯竭相继退出煤炭行业。为延长资源枯竭型矿井服务年限，争取企业转型及员工就业安置时间，许多矿井通过布置残采面回收井田范围内遗留煤柱，以实现矿井退出煤炭行业前的平稳过渡。但是，与常规回采面相比，残采面面临采掘系统复杂、采动扰动严重、矿压显现剧烈等多种不利因素，给安全生产带来了严重挑战。为此，该项目聚焦残采面优化布置和围岩稳定控制两个核心科学问题，开展了资源枯竭型矿井优化增储与围岩稳关键控技术与示范的研究，保障了资源枯竭型矿井残煤安全高效回收。 2.项目主要技术内容： (1)分析了强采动应力扰动下工程煤岩体峰后强度劣化的响应规律，研发了损伤煤岩锚注加固动静态加载测试平台，测试了锚固方式、锚注参数、锚固构件匹配等因素对损伤煤岩力学参数、承载性能、裂隙闭合等多场行为的改性规律，揭示了锚注支护与损伤煤岩强度恢复间的内在联系，提出了损伤煤岩再造承载层控制理念，为控制残采面围岩大变形奠定了理论基础。 (2)提出了强采动残采面无煤柱护巷布置理念，建立了残采面沿空巷道围岩力学模型，研究了多循环加卸载路径下沿空巷道围岩应力跃迁效应及非线性变形破坏特征，分析了沿空掘巷煤柱尺寸、锚固支护，沿空留巷巷旁支护体性能、巷内支护等关键变量参数对巷道松动煤岩体承载能力恢复及其稳定性的影响规律，开发了基于围岩卸压和锚注支护的强动压巷道柔刚耦合支护技术体系。 (3)建立了残采面覆岩多边“铰-固”支力学结构模型，分析了采场覆岩冒落带和裂隙带演化的时变特征，研究了不同边界条件下覆岩活动对采场矿压显现的影响规律，量化了地质因素(采高、倾角等)和开采参数(面长、速度等)与顶板下沉及支架受力间的作用关系，推导了考虑开采参数影响的支护阻力函数方程式，提出了残采面矿压控制关键技术及参数确定方法。 (4)详查了矿井井田范围残煤可采储量，基于循环地质钻孔探测技术圈定了残采面最优布置边界，规划了残采面回采巷道布置及生产系统；基于理论研究，提出了残采面沿空巷道围岩支护与采场顶板稳定控制技术，配套开发了残采面大角度转采、掘采工作面过空巷、密闭墙快速移位以及采动灾害在线监测等安全生产保障技术，完善了资源枯竭型矿井优化增储与围岩稳控技术体系。 3.知识产权情况：该项目实施过程中，研究成果授权国家发明专利8项，实用新型专利16项，取得软件著作权1项；发表学术论文48篇(SCI检索10篇，EI检索25篇)；出版学术专著2部。其中，所列代表性成果中包含学术论文8篇(SCI检索5篇，EI检索3篇)、授权国家专利10项(发明专利8项，实用新型专利2项)。 4.技术经济指标： (1)揭示了强采动扰动下煤岩体强度劣化规律及锚注支护作用原理，提出了损伤煤岩再造承载层控制理念。 (2)提出了强采动残采面无煤柱护巷布置理念，揭示了强采动巷道围岩和残采面覆岩稳定控制机理，开发了相应控制技术。 (3)规划了残采面最优布置边界，配套研发了残采面大角度转采、掘采工作面过空巷、密闭墙移位以及采空区灾害监测等安全生产保障技术。 研究成果在焦煤公司下属多个矿井、拜城众维煤业公司、鹤壁中泰矿业公司、徐矿集团张双楼矿、潞安集团黑龙煤业公司、阳泉南庄煤炭公司等现场进行了工程应用，累计多采原煤418.19万t，新增产值20.99亿元，利润8.01亿元，取得了显著的经济社会效益。经国内专家科技鉴定，该成果达到了国际先进水平，具有广阔的推广应用前景。