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隨著煤炭開采不斷延伸，煤炭開采難度與風險也在逐步增加。雖然我國煤炭工業(yè)在高精勘探、采掘自動化、系統(tǒng)集控等技術方面已經(jīng)取得了重大突破，但與世界先進技術和裝備相比，還存在一些差距。

2014年以來，中煤能源集團在中國工程院支持下，聯(lián)合產(chǎn)學研優(yōu)勢力量，相繼對切頂留巷和無巷開采進行了探索與實踐，提出了無巷開采技術理論體系。

從多巷開采到無巷開采

“目前，我國以井巷為標志，傳統(tǒng)的多巷、多煤柱的采礦設計、工程建設、生產(chǎn)布局、開采模式未改變，采掘深度分離、先掘后采的管理模式也未改變，隨之帶來資源浪費、環(huán)境污染等問題。”中煤能源集團總工程師、副總裁祁和剛在中國工程院咨詢研究項目中期評議會上說。

祁和剛指出，傳統(tǒng)的多巷、多煤柱開采布局不僅投資成本高，資源浪費大，系統(tǒng)復雜多變，防災抗災能力弱，而且采動不充分對環(huán)境影響較大。

“按照每年生產(chǎn)34億噸原煤統(tǒng)計，萬噸掘進率按30米至40米計算，全國每年需掘進巷道約1300萬米，而34億噸原煤每年區(qū)段煤柱資源浪費約3億噸，超1000億元。”祁和剛說。

2014年，以中國工程院院士王安、何滿潮為代表的科研團隊提出無巷開采的構想，構建從掘巷到留巷、從多巷到少巷、從少巷到無巷的開采技術體系。

據(jù)了解，無巷開采技術體系構想能夠實現(xiàn)由傳統(tǒng)先掘后采、邊掘邊采的復雜管理模式向新型采掘合一、高效速成的新型管理模式轉變;實現(xiàn)由人員分散、設備散亂的多巷式粗放管理模式向人員集中、設備集中、自診自管的少巷式精細管理模式轉變。

為了進一步證明這個構想，中煤能源集團與中國礦業(yè)大學(北京)合作，在該集團的4個礦區(qū)5處煤礦21個工作面進行了相關技術試驗，收到了預期效果。

從構想到實踐

2015年9月，中國工程院咨詢研究項目“煤礦開采技術管理的變革”立項，其中包括井工煤礦無巷開采技術變革研究。該研究以煤礦井下回采工作面無巷開采為核心，結合地質、采礦工程、機械制造等專業(yè)知識，研發(fā)了無巷開采關鍵技術與成套裝備，并進行工程示范。

“此項研究提出基于無巷開采模式的主動巖層控制理論與方法，揭示了巖層移動特征、采動應力場時空演化規(guī)律及卸壓機理。”祁和剛說，“為此，項目組先后研發(fā)了可視化三維地質導航技術、切頂自成巷‘三位一體’技術、無巷開采成套裝備、安全保障技術等關鍵技術與裝備。”

祁和剛介紹，無巷開采是以可視化三維地質導航為基礎，確定無巷開采采區(qū)設計與劃分，沿采區(qū)布置邊界導巷，構建無巷開采系統(tǒng)，利用切頂自成巷技術與成套裝備，依次進行采煤留巷和切頂成巷。

切頂成巷之后，項目組采用無巷開采雙向分流卸壓機理，使沿空覆巖壓力向煤壁和切落巖體方向產(chǎn)生雙向分流，形成雙支點模式，將留巷處于低應力場的卸壓區(qū)，無煤柱應力集中影響，將多次采動變?yōu)橐淮螖_動，從而控制沿空巷道產(chǎn)生的小礦壓和微變形。同時運用恒阻錨巖梁理論，形成具有高預緊力、高恒阻、自適應讓壓的低位錨體組合梁—基本頂巖梁自平衡結構，從而控制無巷開采頂板穩(wěn)定恒阻變形。

2016年9月到12月，中煤西北能源公司南梁煤礦成功開展了國內外首個無巷開采技術試驗。試驗期間，項目組完成了采、切、留工序以及裝備性能測試、工藝優(yōu)化調整，研究分析了采后壓力規(guī)律與特征，達到了預期目標。

南梁煤礦30104工作面累計推進長度400米，平均單日進刀3.2米，達到了年產(chǎn)百萬噸水平。

“試驗過程中，南梁煤礦少掘了一條順槽，多采了一個煤柱，成本降幅達37%以上。”祁和剛說，“與此同時，我們將切頂留巷和無巷開采技術列入‘十三五’科技規(guī)劃中。到‘十三五’末，我們要力爭對‘雙突’礦井和千米深井強沖區(qū)域的切頂留巷、無巷開采技術進行應用與推廣。”