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大傾角煤層長(zhǎng)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(guó)內(nèi)外采礦界公認(rèn)的復(fù)雜難采煤層。大傾角煤層廣泛分布于我國(guó)各大礦區(qū)，已探明儲(chǔ)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(guó)煤炭?jī)?chǔ)量和產(chǎn)量的10%~20%和5%~8%。大傾角煤層開采在我國(guó)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(yùn)動(dòng)機(jī)理復(fù)雜，作業(yè)空間受限，綜合機(jī)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(gè)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(jī)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(jì)80年代起，我國(guó)學(xué)者及一線工程技術(shù)人員便開始針對(duì)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(jìn)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(diǎn)實(shí)驗(yàn)室伍永平教授團(tuán)隊(duì)從大傾角煤層長(zhǎng)壁綜采的進(jìn)展、實(shí)踐、科學(xué)問題3個(gè)方面系統(tǒng)梳理了已經(jīng)取得的研究成果、積累的實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)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(diǎn):

　　①我國(guó)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(zhǎng)壁綜合機(jī)械化開采所能適應(yīng)的煤層傾角不斷拓展，在個(gè)別礦井已達(dá)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(duì)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(zhǎng)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(shí)代所發(fā)展變化的。

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

　　②在工程實(shí)踐方面。我國(guó)首個(gè)大傾角煤層走向長(zhǎng)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(tuán)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(gè)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(yàn)，均取得了比較明顯的技術(shù)經(jīng)濟(jì)和社會(huì)效益。

　　③雖然近年來大傾角煤層長(zhǎng)壁綜采(放)領(lǐng)域內(nèi)的科學(xué)研究與工程實(shí)踐取得了長(zhǎng)足進(jìn)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(chǎng)應(yīng)用范圍的不斷拓寬，除傾角32°~55°的薄及中厚煤層長(zhǎng)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(jī)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(dòng)煤巖體力學(xué)性狀與量化表征，復(fù)雜采動(dòng)煤巖體力學(xué)行為及其對(duì)工作面災(zāi)變的控制作用，大傾角長(zhǎng)壁采場(chǎng)“支架-圍巖”系統(tǒng)多維交互動(dòng)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(jī)分離體形成-運(yùn)動(dòng)-損害過程及防護(hù)機(jī)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(xiàng)研究得到了國(guó)家自然科學(xué)基金的資金支持，成果以《大傾角煤層長(zhǎng)壁綜采：進(jìn)展、實(shí)踐、科學(xué)問題》（點(diǎn)擊查看）為題發(fā)表于《煤炭學(xué)報(bào)》2020年第1期。