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大傾角煤層長壁工作面巖層控制關(guān)鍵技術(shù)體系

大傾角煤層一般指埋藏傾角為35°~55°的煤層，是國內(nèi)外采礦界公認的復(fù)雜難采煤層。大傾角煤層廣泛分布于我國各大礦區(qū)，已探明儲量約為1800億~3600億t，產(chǎn)量約為1.5億~3.0億t，分別占全國煤炭儲量和產(chǎn)量的10%~20%和5%~8%。大傾角煤層開采在我國煤炭開發(fā)中具有重要地位。

　　受煤層賦存條件制約，大傾角煤層的巖層運動機理復(fù)雜，作業(yè)空間受限，綜合機械化開采難度大，是亟需解決的重大工程問題。截至2018年10月，除中厚煤層采用綜采和部分特厚煤層綜放開采，以及個別大傾角厚煤層煤層采用大采高綜采外，大多數(shù)開采大傾角煤層的礦井仍然在使用不同類型的非機械化開采方法，產(chǎn)量與效率低，人員傷亡事故頻發(fā)。

　　自20世紀80年代起，我國學(xué)者及一線工程技術(shù)人員便開始針對大傾角煤層的開采方法、巖層控制理論、關(guān)鍵技術(shù)裝備展開研究。發(fā)展至今，已在理論、技術(shù)、裝備等方面取得了較大進展，構(gòu)建了較為完整的研究體系。

　　西安科技大學(xué)教育部西部礦井開采及災(zāi)害防治重點實驗室伍永平教授團隊從大傾角煤層長壁綜采的進展、實踐、科學(xué)問題3個方面系統(tǒng)梳理了已經(jīng)取得的研究成果、積累的實踐經(jīng)驗以及未來需要突破的關(guān)鍵科學(xué)問題。提煉出以下主要觀點:

　　①我國首次定義了大傾角煤層的概念(煤層傾角35°~55°)并給出了工程解釋，但隨著近年來裝備水平與開采方法的不斷提升革新，大傾角煤層傾角涵蓋范圍的工程解釋應(yīng)有所外延。即隨著采煤裝備、技術(shù)、方法的不斷革新，長壁綜合機械化開采所能適應(yīng)的煤層傾角不斷拓展，在個別礦井已達到70°。按照之前關(guān)于大傾角煤層的定義方法，當(dāng)前大傾角煤層的傾角劃定范圍應(yīng)處于35°~70°。因此，對大傾角煤層傾角范圍的確定原則可暫定為：傾角下限為垮落矸石的自然安息角35°，傾角上限為目前長壁開采裝備、技術(shù)、方法所能適應(yīng)的最大煤層傾角，此上限角度是隨著時代所發(fā)展變化的。

　　自20世紀90年代起至今，我國在大傾角煤層長壁開采巖層控制基本理論與關(guān)鍵技術(shù)、工作面動力災(zāi)害防護方法、工作面主要裝備研發(fā)等領(lǐng)域的研究與試驗取得了較大進展。

　　②在工程實踐方面。我國首個大傾角煤層走向長壁綜采工作面于1996—1998年在四川華鎣山礦務(wù)局(現(xiàn)四川煤業(yè)集團廣能公司)綠水洞煤礦成功開采，隨后在甘肅、新疆、重慶、黑龍江、貴州、河北等省區(qū)的多個礦井分別開展了大傾角厚煤層、特厚煤層、薄煤層、煤層群的綜采(放)開采試驗，均取得了比較明顯的技術(shù)經(jīng)濟和社會效益。

　　③雖然近年來大傾角煤層長壁綜采(放)領(lǐng)域內(nèi)的科學(xué)研究與工程實踐取得了長足進展，但由于其理論研究、關(guān)鍵技術(shù)突破和裝備研發(fā)是以緩傾斜煤層為基礎(chǔ)發(fā)展而來，隨著現(xiàn)場應(yīng)用范圍的不斷拓寬，除傾角32°~55°的薄及中厚煤層長壁綜采外，其他煤層開采的安全與產(chǎn)效問題逐步凸顯，正在成為大傾角煤層綜合機械化開采的“技術(shù)瓶頸”。

　　研究指出未來的研究應(yīng)集中在：復(fù)雜采動煤巖體力學(xué)性狀與量化表征，復(fù)雜采動煤巖體力學(xué)行為及其對工作面災(zāi)變的控制作用，大傾角長壁采場“支架-圍巖”系統(tǒng)多維交互動力學(xué)與多目標(biāo)非穩(wěn)態(tài)控制方法，非規(guī)則回采空間隨機分離體形成-運動-損害過程及防護機制，大傾角、急傾斜煤層顛覆性開采方法、技術(shù)與裝備等方面。

　　這項研究得到了國家自然科學(xué)基金的資金支持，成果以《大傾角煤層長壁綜采：進展、實踐、科學(xué)問題》（點擊查看）為題發(fā)表于《煤炭學(xué)報》2020年第1期。