我國煤礦開采技術(shù)發(fā)展現(xiàn)狀及方向

第一部分煤炭生產(chǎn)在我國國民經(jīng)濟(jì)發(fā)展中的地位第二部分我國煤炭開采理論發(fā)展的成就

第三部分我國煤炭開采技術(shù)發(fā)展的現(xiàn)狀和方向當(dāng)前第1頁\共有69頁\編于星期日\1點(diǎn)煤炭生產(chǎn)在我國國民經(jīng)濟(jì)發(fā)展中的地位當(dāng)前第2頁\共有69頁\編于星期日\1點(diǎn)1.1能源是人類生存和發(fā)展的基礎(chǔ)，世界能源資源競爭日趨激烈當(dāng)前第3頁\共有69頁\編于星期日\1點(diǎn)煤炭資源儲(chǔ)量①2010年已探明的地質(zhì)儲(chǔ)量為1.5萬億t②預(yù)計(jì)儲(chǔ)量4萬億t1.2煤炭是我國化石能源的主體中國煤炭資源按深度分布的儲(chǔ)量當(dāng)前第4頁\共有69頁\編于星期日\1點(diǎn)年份煤炭所占比重(%)石油所占比重(%)天然氣所占比重(%)1980年98.41.50.11990年98.41.60.12000年98.01.70.42006年97.71.60.72010年97.91.40.7煤炭資源儲(chǔ)量在化石能源中的地位①我國化石能源可采儲(chǔ)量查明情況年份煤炭查明資源儲(chǔ)量(億t)石油查明資源儲(chǔ)量(億t)天然氣查明資源儲(chǔ)量(億m3)1980年6424.8(6424.8億t標(biāo)準(zhǔn)煤)14.2(72.3億t標(biāo)準(zhǔn)煤)1881.3(4.1億t標(biāo)準(zhǔn)煤)1990年9543.9(7074.9億t標(biāo)準(zhǔn)煤)21.9(111.6億t標(biāo)準(zhǔn)煤)2419.0(5.3億t標(biāo)準(zhǔn)煤)2000年10030.0(7435.2億t標(biāo)準(zhǔn)煤)24.6(125.3億t標(biāo)準(zhǔn)煤)13504.5(29.6億t標(biāo)準(zhǔn)煤)2006年11597.8(8597.4億t標(biāo)準(zhǔn)煤)27.6(140.6億t標(biāo)準(zhǔn)煤)30009.2(65.8億t標(biāo)準(zhǔn)煤)2010年15000(11119.4億t標(biāo)準(zhǔn)煤)31.4(160億t標(biāo)準(zhǔn)煤)33300(73億t標(biāo)準(zhǔn)煤)②我國煤炭儲(chǔ)量在化石能源中所占比重當(dāng)前第5頁\共有69頁\編于星期日\1點(diǎn)③我國能源儲(chǔ)量排名能源探明儲(chǔ)量居世界位次煤炭1.5萬億t3石油70億t6天然氣33.3萬億m316水電6.8億kw?t1當(dāng)前第6頁\共有69頁\編于星期日\1點(diǎn)①我國近十年煤炭產(chǎn)量情況我國煤炭產(chǎn)量由2001年的13.81億t增長到2010年的33億t，年均增加1.9億t，保證了經(jīng)濟(jì)和社會(huì)發(fā)展的需要，是國民經(jīng)濟(jì)發(fā)展和國力保障的重要基礎(chǔ)。1999～2010全國煤炭產(chǎn)量煤炭產(chǎn)量在我國能源結(jié)構(gòu)中比重超過65%當(dāng)前第7頁\共有69頁\編于星期日\1點(diǎn)②2010年煤炭產(chǎn)量及2020年需求量預(yù)計(jì)國家目前仍然處于基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)、制造業(yè)和城市化的高峰期，對礦產(chǎn)品的需求仍然以較高的速度增長。2010年煤炭產(chǎn)量33億t（占世界產(chǎn)煤總量的45%），“十二五”末規(guī)劃38億t，增長24.6%。③煤炭生產(chǎn)在我國能源結(jié)構(gòu)中的比重煤炭在一次能源結(jié)構(gòu)中的比例2008年中國一次能源消費(fèi)構(gòu)成當(dāng)前第8頁\共有69頁\編于星期日\1點(diǎn)頂板、瓦斯、沖擊地壓、透水等重大事故沒有從根本上（即在依靠正確的理論指導(dǎo)和現(xiàn)代裝備、管理手段的基礎(chǔ)上）得到控制，嚴(yán)重影響我國煤炭安全生產(chǎn)形象。1.3我國煤炭生產(chǎn)中存在的問題年份200320042005200620072008200920102011煤炭產(chǎn)量（億噸）17.2219.9221.923.225.2327.162932.433事故死亡人數(shù)（人）64346027593847463786321027002433<2000百萬噸死亡率3.743.032.712.041.501.1820.930.7980.560當(dāng)前第9頁\共有69頁\編于星期日\1點(diǎn)20032004200520062007事故起數(shù)比例死亡人數(shù)比例事故起數(shù)死亡人數(shù)事故起數(shù)死亡人數(shù)事故起數(shù)死亡人數(shù)事故起數(shù)死亡人數(shù)事故起數(shù)死亡人數(shù)頂板214024551985230918052058163319021299151854.038.3瓦斯5842061492190041421713271319272108413.632.3機(jī)電1371289789105105949390863.21.9運(yùn)輸53157058260553657846751740945314.59.6放炮929910512289101789069772.51.7水害137551118357109605100417632553.38.0火災(zāi)20751791115872610720.41.5其他5024952455542372622393822092418.56.8總計(jì)4143643436416027330659382945474624213786100100當(dāng)前第10頁\共有69頁\編于星期日\1點(diǎn)199920002001200220032004200520062007事故死亡總?cè)藬?shù)（人）605855275670699564346027593847463786重大事故起數(shù)（次）43039133632128624920825428重大死亡人數(shù)（人）2040172315871423125710908771071573重大事故死亡人數(shù)所占比例%33.6731.1727.9920.3419.5418.0914.7722.5%15.1%特大事故起數(shù)（次）687849555142583925特大死亡人數(shù)（人）11651450101511371180100817391142402特大事故死亡人數(shù)所占比例%19.2326.2317.9016.2518.3416.7229.2924%10.6%重特大事故死亡總?cè)藬?shù)32053173260225602437209826162213171重特大事故死亡所占比例%52.9157.4145.8936.6037.8834.8144.0646.5%4.5%當(dāng)前第11頁\共有69頁\編于星期日\1點(diǎn)開采沉陷環(huán)境災(zāi)害嚴(yán)重，采用留設(shè)煤柱護(hù)巷和控制地表沉陷傳統(tǒng)開采方法造成的煤炭資源損失比例超過40%，違背中央提出的“資源節(jié)約型、環(huán)境友好型、可持續(xù)發(fā)展”方針。實(shí)現(xiàn)煤炭安全高效開采，有效地控制環(huán)境災(zāi)害，最大限度地采出煤炭資源是我國能源安全和國民經(jīng)濟(jì)發(fā)展保障體系建設(shè)中的重中之重。當(dāng)前第12頁\共有69頁\編于星期日\1點(diǎn)我國煤炭開采理論發(fā)展的成就當(dāng)前第13頁\共有69頁\編于星期日\1點(diǎn)2.1理論發(fā)展成就上區(qū)段工作面h1h2h3H新開工作面h1——垮落帶高度；h2——裂縫帶高度；h3——連續(xù)彎曲帶高度；H——埋深采空區(qū)推進(jìn)方向新開工作面巷道介質(zhì)屬性復(fù)雜開采擾動(dòng)強(qiáng)烈應(yīng)力分布復(fù)雜開采空間范圍大我國“實(shí)用礦山壓力控制理論”，從研究的系統(tǒng)性、深度、體系的完整性，以及用以指導(dǎo)開采實(shí)踐取得的成就走在世界的前列。當(dāng)前第14頁\共有69頁\編于星期日\1點(diǎn)1.針對煤礦采場不斷推進(jìn)的工程特點(diǎn)，以及實(shí)現(xiàn)煤礦安全高效開采必須面對復(fù)雜多變的地理環(huán)境和煤層地質(zhì)條件的現(xiàn)實(shí)，明確了理論建設(shè)的指導(dǎo)思想和體系，科學(xué)的定義了相關(guān)學(xué)術(shù)名詞和術(shù)語，正確的闡述了相應(yīng)的基本概念。主要成果包括：

(1)

嚴(yán)格的區(qū)分和定義了“礦山壓力”（促使圍巖向已采空間運(yùn)動(dòng)的力）和“礦山壓力顯現(xiàn)”（在礦山壓力作用下產(chǎn)生的圍巖破壞及支架受力現(xiàn)象）兩個(gè)基本概念，正確的指出“礦山壓力”存在的絕對性（采動(dòng)即有）和“礦山壓力顯現(xiàn)”的相對性，以及礦山壓力控制（設(shè)計(jì)）的目標(biāo)就是把“礦山壓力顯現(xiàn)”控制在安全上可靠、技術(shù)上可能、經(jīng)濟(jì)上合理的范圍。當(dāng)前第15頁\共有69頁\編于星期日\1點(diǎn)(2)

正確指出由于采場不斷推進(jìn)，無論是“礦山壓力”還是“礦山壓力顯現(xiàn)”都在不斷發(fā)展變化之中，它的變化是有規(guī)律的，這個(gè)規(guī)律是巖層運(yùn)動(dòng)和破壞決定的。明確的提出礦山壓力控制研究必須以“巖層運(yùn)動(dòng)為中心”，把不同采動(dòng)條件下覆巖運(yùn)動(dòng)和支承壓力大小分布范圍及其發(fā)展變化的規(guī)律，包括相關(guān)動(dòng)態(tài)結(jié)構(gòu)模型的建設(shè)和相關(guān)結(jié)構(gòu)參數(shù)的確定放在首要地位。

(3)正確指出任何開采深度條件下，影響“礦山壓力顯現(xiàn)”的巖層范圍是有限的，即采動(dòng)破壞失去向四周支承傳遞作用力的巖層（直接頂）和保持了傳遞作用力聯(lián)系，運(yùn)動(dòng)時(shí)對礦壓顯現(xiàn)明顯影響的巖層（老頂）兩個(gè)部分；可知的，即通過巖層動(dòng)態(tài)監(jiān)測可以確定；可變的，即可通過采動(dòng)條件的變更加以改變。當(dāng)前第16頁\共有69頁\編于星期日\1點(diǎn)(4)對于可能垮坍的冒落巖層（直接頂）一般只能取堅(jiān)決頂住，即“給定載荷”的控制方案，對“老頂”相關(guān)巖層的運(yùn)動(dòng)，則可以根據(jù)安全可靠、技術(shù)可能、經(jīng)濟(jì)合理的原則和相應(yīng)的力學(xué)保證條件，分別采取“給定變形”，即將作用力完全轉(zhuǎn)移給四周支承體上，和“限定變形”，即將沉降限定到要求狀態(tài)（位態(tài)）兩種方案。明確指出對于老頂相關(guān)巖層的運(yùn)動(dòng)，不分條件地采用強(qiáng)頂硬抗的控制方案是不科學(xué)的、錯(cuò)誤的。2.根據(jù)安全高效開采，特別是頂板沖擊地壓、瓦斯煤層突出、透水突水及開采沉陷災(zāi)害有效控制的目標(biāo)，建立、發(fā)展并逐步完善了以“采動(dòng)覆巖運(yùn)動(dòng)和支承壓力分布”為核心的采場結(jié)構(gòu)力學(xué)模型和各類重大事故控制決策結(jié)構(gòu)力學(xué)模型體系，以及相關(guān)結(jié)構(gòu)參數(shù)確定的方法、數(shù)學(xué)力學(xué)模型的建設(shè)。把煤礦安全高效生產(chǎn)，特別是重大事故的控制決策從統(tǒng)計(jì)經(jīng)驗(yàn)推進(jìn)到針對具體煤層條件科學(xué)定量的發(fā)展階段。當(dāng)前第17頁\共有69頁\編于星期日\1點(diǎn)(1)科學(xué)的界定了采場結(jié)構(gòu)力學(xué)模型的內(nèi)涵和結(jié)構(gòu)模型的結(jié)構(gòu)組成特征。創(chuàng)造性的針對定量控制設(shè)計(jì)需要，把采場推進(jìn)過程中分布在四周煤壁上的支承壓力分為煤壁已進(jìn)入破壞，其受力由工作面長度等采動(dòng)條件確定的“結(jié)構(gòu)拱”內(nèi)巖層運(yùn)動(dòng)決定的“內(nèi)應(yīng)力場”和“結(jié)構(gòu)拱”內(nèi)、外參與運(yùn)動(dòng)的巖層作用力決定的“外應(yīng)力場”兩個(gè)部分。工作面當(dāng)前第18頁\共有69頁\編于星期日\1點(diǎn)(2)正確的指出采場結(jié)構(gòu)模型（包括結(jié)構(gòu)組成和相關(guān)結(jié)構(gòu)參數(shù)）隨采場推進(jìn)處于不斷發(fā)展變化之中，并從控制的差異出發(fā)，界定了“第一次來壓”和“正常推進(jìn)”兩個(gè)發(fā)展階段，并深入揭示了兩個(gè)發(fā)展階段動(dòng)態(tài)結(jié)構(gòu)模型的結(jié)構(gòu)組成和結(jié)構(gòu)參數(shù)運(yùn)動(dòng)發(fā)展的規(guī)律。推進(jìn)方向巖層運(yùn)動(dòng)和支承壓力發(fā)展規(guī)律當(dāng)前第19頁\共有69頁\編于星期日\1點(diǎn)(2)正確的指出采場結(jié)構(gòu)模型（包括結(jié)構(gòu)組成和相關(guān)結(jié)構(gòu)參數(shù)）隨采場推進(jìn)處于不斷發(fā)展變化之中，并從控制的差異出發(fā)，界定了“第一次來壓”和“正常推進(jìn)”兩個(gè)發(fā)展階段，并深入揭示了兩個(gè)發(fā)展階段動(dòng)態(tài)結(jié)構(gòu)模型的結(jié)構(gòu)組成和結(jié)構(gòu)參數(shù)運(yùn)動(dòng)發(fā)展的規(guī)律?！皟?nèi)應(yīng)力場”發(fā)展演化規(guī)律S巖梁ⅢSASiSmaxL0IIabC01C02C03HgL0L0LiLi1L0剖面I－IL

(T＝－)LVp巖梁I巖梁Ⅱ當(dāng)前第20頁\共有69頁\編于星期日\1點(diǎn)(3)在深入揭示動(dòng)態(tài)結(jié)構(gòu)模型發(fā)展規(guī)律，特別是支承壓力分布和巖層運(yùn)動(dòng)關(guān)系的基礎(chǔ)上，創(chuàng)造性提出了通過“礦山壓力顯現(xiàn)”推斷支承壓力分布（包括分布范圍及“內(nèi)應(yīng)力場”、“外應(yīng)力場”及應(yīng)力高峰位置）預(yù)測采場頂板來壓的“井下巖層動(dòng)動(dòng)態(tài)觀測研究方法”，并成功研究相關(guān)監(jiān)測儀表測試系統(tǒng)，較好的解決了通過現(xiàn)場實(shí)測確定相關(guān)結(jié)構(gòu)參數(shù)問題。當(dāng)前第21頁\共有69頁\編于星期日\1點(diǎn)3.通過大量現(xiàn)場事故案例分析和成功的控制實(shí)踐，深刻揭示重大事故與生產(chǎn)現(xiàn)場“采場結(jié)構(gòu)模型”建設(shè)關(guān)系的研究基礎(chǔ)上，在推進(jìn)重大事故控制決策模型體系的建設(shè)研究方面取得了重大進(jìn)展。頂板災(zāi)害控制直接頂?shù)谝粠r梁第二巖梁采場頂板控制結(jié)構(gòu)模型組成及分類當(dāng)前第22頁\共有69頁\編于星期日\1點(diǎn)

①有“內(nèi)應(yīng)力場”的結(jié)構(gòu)力學(xué)模型

a.單巖梁老頂結(jié)構(gòu)

b.多巖梁老頂結(jié)構(gòu)當(dāng)前第23頁\共有69頁\編于星期日\1點(diǎn)

②無“內(nèi)應(yīng)力場”的結(jié)構(gòu)力學(xué)模型

a.單巖梁老頂結(jié)構(gòu)

b.多巖梁老頂結(jié)構(gòu)當(dāng)前第24頁\共有69頁\編于星期日\1點(diǎn)①直接頂厚度確定

a.理論判定

b.實(shí)測推斷采場結(jié)構(gòu)參數(shù)確定當(dāng)前第25頁\共有69頁\編于星期日\1點(diǎn)②老頂厚度確定

a.實(shí)測推斷單一巖梁和多巖梁上覆巖層結(jié)構(gòu)組成情況及其采場礦壓顯現(xiàn)如圖a、圖b所示當(dāng)前第26頁\共有69頁\編于星期日\1點(diǎn)

b.理論判定

撓度法

相鄰巖層同時(shí)運(yùn)動(dòng)（組成同一巖梁）則：

相鄰巖層分別運(yùn)動(dòng)（構(gòu)成不同巖梁）則：

裂斷步距法當(dāng)前第27頁\共有69頁\編于星期日\1點(diǎn)①支架支護(hù)方案確定

a.工況方案直接頂：給定載荷老頂：可給定變形也可限定變形

b.控制目標(biāo)和準(zhǔn)則直接頂：給定載荷老頂：對下位巖梁限定變形定載荷，上位巖梁給定變形定縮量

以防止堅(jiān)硬巖梁動(dòng)態(tài)沖擊要求對下位巖梁限定變形定阻力、對上位巖梁給定變形定縮量

支架設(shè)計(jì)參數(shù)確定當(dāng)前第28頁\共有69頁\編于星期日\1點(diǎn)②支架支護(hù)強(qiáng)度和支護(hù)阻力

③支架縮量

當(dāng)前第29頁\共有69頁\編于星期日\1點(diǎn)瓦斯災(zāi)害控制30(1)瓦斯災(zāi)害預(yù)測和控制的模型及控制準(zhǔn)則

①事故災(zāi)害原因：工作面及相關(guān)回風(fēng)巷道中聚集的瓦斯?jié)舛瘸奘峭咚故鹿蕿?zāi)害的根源

②事故災(zāi)害實(shí)現(xiàn)條件：采動(dòng)空間聚集的瓦斯?jié)舛瘸?，有充足的氧氣和有明火引爆（三者缺一不可）是瓦斯爆炸?zāi)害發(fā)生的條件。

③事故災(zāi)害預(yù)測和控制控制準(zhǔn)則：

了解和掌握不同開采模式條件下采掘工作面推進(jìn)可能發(fā)生瓦斯事故的地點(diǎn)以及相關(guān)的瓦斯涌出量的重大差異是正確選擇開采模式的基礎(chǔ)。當(dāng)前第30頁\共有69頁\編于星期日\1點(diǎn)31單一重力應(yīng)力場中掘進(jìn)回采巷道模型在構(gòu)造破壞的復(fù)合應(yīng)力場中掘進(jìn)回采巷道當(dāng)前第31頁\共有69頁\編于星期日\1點(diǎn)2023/6/932(1)沖擊地壓原因及實(shí)現(xiàn)條件①?zèng)_擊地壓概念：沖擊地壓是采動(dòng)空間周邊煤巖在礦山壓力作用下以煤巖突出(高速噴出)為特征的礦山壓力動(dòng)力顯現(xiàn)，是煤礦重大事故災(zāi)害。

②沖擊地壓發(fā)生原因：在儲(chǔ)存高強(qiáng)度壓縮彈性能的煤巖中，特別是能量聚集的部位開掘巷道和推進(jìn)回采工作面，引發(fā)彈性能的釋放。

③沖擊地壓的動(dòng)力源及其影響因素：

沖擊地壓（煤與瓦斯突出）災(zāi)害控制當(dāng)前第32頁\共有69頁\編于星期日\1點(diǎn)33

a煤層壓縮彈性能

開采深度愈大，覆巖強(qiáng)度愈高（即允許的懸露面積愈大），受壓煤層儲(chǔ)存聚集的高強(qiáng)度壓縮彈性能的可能性將愈大。

b頂?shù)装鍘r層彎曲（壓縮）彈性能當(dāng)前第33頁\共有69頁\編于星期日\1點(diǎn)2023/6/934

重力彎曲彈性能隨支托巖層的強(qiáng)度和隨動(dòng)層的厚度成正比；

構(gòu)造彎曲彈性能受采深和頂?shù)装鍘r層強(qiáng)度所決定的應(yīng)力保持和釋放條件控制。巖層強(qiáng)度愈高，埋深愈大，可能聚集和保持的彈性能的量級將愈高。④沖擊地壓實(shí)現(xiàn)的條件

a已采空間周圍煤巖中聚集的壓縮彈性能達(dá)到了足以產(chǎn)生煤巖沖擊破壞的量級；b采動(dòng)，包括采掘工作面推進(jìn)、爆破、頂板斷裂等震動(dòng)性破壞，改變了相關(guān)部位煤巖的受力條件和極限平衡狀態(tài)。

c采動(dòng)空間周圍沒有足夠的緩沖體（包括已破壞的煤巖和柔性支護(hù)等構(gòu)筑物等），把煤巖彈性能釋放可能動(dòng)力顯現(xiàn)控制到安全的范圍內(nèi)。當(dāng)前第34頁\共有69頁\編于星期日\1點(diǎn)2023/6/935(2)掘進(jìn)工作面推進(jìn)沖擊地壓原因及實(shí)現(xiàn)條件：

在有沖擊地壓危險(xiǎn)的煤層條件下掘進(jìn)巷道，沖擊地壓發(fā)生和實(shí)現(xiàn)的條件如圖所示。當(dāng)前第35頁\共有69頁\編于星期日\1點(diǎn)36a留小煤柱（“內(nèi)應(yīng)力場”范圍內(nèi)）掘進(jìn)Ⅰ在“內(nèi)應(yīng)力場”形成和穩(wěn)定之前開掘巷道（圖中1位置），存在沖擊地壓危險(xiǎn)（采深大于300m）；Ⅱ在“內(nèi)應(yīng)力場”形成穩(wěn)定后（圖中2位置），開掘巷道可以避免沖擊地壓發(fā)生；Ⅲ在未經(jīng)采動(dòng)釋放的構(gòu)造應(yīng)力場中掘進(jìn)巷道，將有瓦斯和煤層同時(shí)突出的危險(xiǎn)。b大煤柱護(hù)巷方案Ⅰ高應(yīng)力區(qū)開掘巷道（采深大于300~400m）時(shí)，存在沖擊地壓危險(xiǎn)；Ⅱ在低應(yīng)力區(qū)開掘巷道，在采深小于600~800m時(shí)，將避免沖擊地壓的發(fā)生。當(dāng)前第36頁\共有69頁\編于星期日\1點(diǎn)2023/6/937(3)回采工作面推進(jìn)沖擊地壓原因及實(shí)現(xiàn)條件：a.回采工作面內(nèi)沖擊地壓發(fā)生和實(shí)現(xiàn)的條件Ⅰ單一重力場沖擊地壓將發(fā)生在堅(jiān)硬巖層頂板第一次裂斷開始到采場第一次來壓階段完成，推進(jìn)距離接近工作面長度的時(shí)的范圍內(nèi)。“內(nèi)應(yīng)力場”形成之后的采場推進(jìn)全過程中，出現(xiàn)沖擊地壓的可能性將很小。當(dāng)前第37頁\共有69頁\編于星期日\1點(diǎn)2023/6/938Ⅱ.臨近構(gòu)造應(yīng)力場應(yīng)力高峰區(qū)掘進(jìn)開切眼至堅(jiān)硬巖層裂斷來壓完成期間時(shí)，始終存在沖擊地壓的威脅，進(jìn)入出現(xiàn)“內(nèi)應(yīng)力場”的正常推進(jìn)階段后，沖擊地壓事故災(zāi)害出現(xiàn)的可能性同樣將很小。當(dāng)前第38頁\共有69頁\編于星期日\1點(diǎn)2023/6/939b.回采巷道沖擊地壓實(shí)現(xiàn)的條件Ⅰ在采場推進(jìn)全過程中，伴隨堅(jiān)硬頂板裂斷，始終存在誘發(fā)沖擊地壓的威脅；當(dāng)前第39頁\共有69頁\編于星期日\1點(diǎn)2023/6/940Ⅱ隨采場推進(jìn)和堅(jiān)硬頂板跨落，以及支承壓力的增加，伴隨堅(jiān)硬頂板裂斷，回采巷道破壞的范圍將進(jìn)一步加大，進(jìn)入正常階段將達(dá)到最大化當(dāng)前第40頁\共有69頁\編于星期日\1點(diǎn)2023/6/941Ⅲ受兩側(cè)堅(jiān)硬頂板懸露，支承壓力疊加的影響，回風(fēng)巷道沖擊地壓破壞的范圍遠(yuǎn)比運(yùn)輸巷道大得多。當(dāng)前第41頁\共有69頁\編于星期日\1點(diǎn)2023/6/942(4)煤柱充填護(hù)巷控制沖擊地壓的優(yōu)勢①沿空掘巷“U”型通風(fēng)方案a.實(shí)現(xiàn)了在穩(wěn)定內(nèi)應(yīng)力場掘進(jìn)，從而避免了掘進(jìn)中沖擊地壓和瓦斯煤層突出事故的可能性。b.排出了護(hù)巷煤柱聚集高強(qiáng)度壓縮彈性能的條件，使回風(fēng)巷道始終處于已破壞的煤壁緩沖保護(hù)之下。當(dāng)前第42頁\共有69頁\編于星期日\1點(diǎn)2023/6/943②沿空留巷“Y”型通風(fēng)方案a.避免了在應(yīng)力高峰區(qū)，高強(qiáng)度壓縮彈性能的部位開掘回風(fēng)巷道引發(fā)沖擊地壓的可能性。b.避免了回采工作面推進(jìn)回風(fēng)巷道發(fā)生沖擊地壓災(zāi)害的可能性。當(dāng)前第43頁\共有69頁\編于星期日\1點(diǎn)44無煤柱充填開采模式應(yīng)用的水害控制

(1)頂板透水事故的預(yù)測和控制相關(guān)信息基礎(chǔ)當(dāng)前第44頁\共有69頁\編于星期日\1點(diǎn)當(dāng)前第45頁\共有69頁\編于星期日\1點(diǎn)2023/6/946留煤柱與不留煤柱與突水的關(guān)系圖(a)(b)(2)底板突水事故的預(yù)測和控制相關(guān)信息基礎(chǔ)當(dāng)前第46頁\共有69頁\編于星期日\1點(diǎn)工作面跨斷層開采的底板破壞模型當(dāng)前第47頁\共有69頁\編于星期日\1點(diǎn)突水預(yù)測控制結(jié)構(gòu)力學(xué)模型圖當(dāng)前第48頁\共有69頁\編于星期日\1點(diǎn)49沉陷控制研究的相關(guān)理論成果

通過不同工作面長度和開采深度條件下地表沉陷實(shí)測分析研究抽象建立的采動(dòng)沉陷預(yù)測控制結(jié)構(gòu)力學(xué)模型如圖7所示。采動(dòng)沉陷預(yù)測控制結(jié)構(gòu)力學(xué)模型當(dāng)前第49頁\共有69頁\編于星期日\1點(diǎn) 在既定工作面長度（L0）條件下的地表最大沉陷值ωmax為：其中

—裂斷拱兩側(cè)煤壁壓縮量

—裂斷拱上部巖層最大撓曲沉陷值

—表土含水層水位下降后壓縮沉陷值 上述公式近似計(jì)算可表示為：其中

—沉陷巖層面積

—開采深度

—沉陷巖層邊界移動(dòng)角—采場支承壓力分布范圍—沉陷巖層平均容重

—煤層抗壓剛度當(dāng)前第50頁\共有69頁\編于星期日\1點(diǎn)既定工作面長度下，支承壓力范圍S分布如圖11所示，模型由下列平衡方程表示：采場支承壓力三維結(jié)構(gòu)力學(xué)模型當(dāng)前第51頁\共有69頁\編于星期日\1點(diǎn)裂斷拱上巖層撓曲沉陷值可用下式近似計(jì)算：

其中，E—巖層彈性模量；γp—巖層容重既定采深H和工作面L0條件下的沉陷范圍Sb可由下式表示：當(dāng)前第52頁\共有69頁\編于星期日\1點(diǎn)1.煤炭安全高效開采技術(shù)發(fā)展成就(1)綜合機(jī)械化技術(shù)取得重大突破。產(chǎn)量、效益、安全生產(chǎn)狀況進(jìn)入國際領(lǐng)先水平機(jī)采高度突破7m成功的制造和使用了世界最高的液壓支架（6.2m支架成功的在神東、晉城等礦區(qū)使用，年產(chǎn)量超過1000萬t）神東礦區(qū)工作面最大長度達(dá)到400m，年產(chǎn)超過1500萬t，全員效率達(dá)到140t是美國、澳大利亞等發(fā)達(dá)采煤國家的1.5到2倍百萬噸死亡率0到0.01是世界上最低的2.2開采技術(shù)發(fā)展成就當(dāng)前第53頁\共有69頁\編于星期日\1點(diǎn)(2)綜采放頂煤安全高效開采技術(shù)和裝備已形成體系，繼續(xù)處于國際領(lǐng)先地位山西同煤集團(tuán)塔山礦綜采放頂煤的厚度突破20m（機(jī)采高度已達(dá)6m，可以滿足1：3的采放比的控制目標(biāo)）。采用了每小時(shí)3000t的放煤運(yùn)輸機(jī)，實(shí)現(xiàn)了工作面高速推進(jìn)，年產(chǎn)突破1000萬t的水平。隨著放煤運(yùn)輸機(jī)能力的提高和新型放頂煤支架研制和使用的成功，使工作面長300m，年產(chǎn)突破1500萬t的目標(biāo)已經(jīng)實(shí)現(xiàn)。保證防止瓦斯、頂板、火災(zāi)等重大事故的安全開采的理論和技術(shù)體系（新型巷道布置系統(tǒng)、瓦斯抽排技術(shù)裝備、工作面和巷道頂板控制技術(shù)和裝備等）當(dāng)前第54頁\共有69頁\編于星期日\1點(diǎn)(3)“淮煤集團(tuán)”成功開發(fā)的煤與瓦斯無煤柱同采成套技術(shù)實(shí)現(xiàn)了瓦斯、沖擊地壓、煤與瓦斯突出以及火災(zāi)等重大事故一體化控制的新突破，相關(guān)技術(shù)包括：回采工作面高效綜采綜放開采技術(shù)；機(jī)械化巷旁充填錨網(wǎng)支護(hù)高效無煤柱留巷技術(shù)；回采工作面前、后方瓦斯同時(shí)抽排和通風(fēng)系統(tǒng)一體化技術(shù)。(4)“龍煤集團(tuán)”2000m海域海下三軟煤層綜放開采技術(shù)取得成功，相關(guān)技術(shù)包括:“三軟煤層”高效綜放開采技術(shù)；“三軟煤層”煤巖巷道支護(hù)技術(shù)；海下透水等重大事故預(yù)測和控制技術(shù)；海下安全和生產(chǎn)裝備地面集中遙測、遙控自動(dòng)化技術(shù)。當(dāng)前第55頁\共有69頁\編于星期日\1點(diǎn)2.煤化工技術(shù)取得重大的突破(1)煤的液化技術(shù)取得了突破（神華集團(tuán)、兗礦集團(tuán)已經(jīng)進(jìn)入工業(yè)化生產(chǎn)的階段）(2)煤化工技術(shù)和產(chǎn)品（甲醇、乙烯、乙二醇、二甲醚、醋酸等）將和我國的石油化工技術(shù)和產(chǎn)品成為我國化工市場的主力，取得在世界上有影響的地位3.煤炭開采的環(huán)境控制技術(shù)取得了重要成就(1)開采沉陷控制技術(shù)取得了實(shí)用性突破（井下矸石充填的技術(shù)和裝備），正在大面積推廣應(yīng)用中。(2)開采伴生的廢棄物再利用技術(shù)取得了重要突破，已成功的進(jìn)入使用階段。4.循環(huán)經(jīng)濟(jì)的示范區(qū)在各大礦區(qū)取得了實(shí)踐成果當(dāng)前第56頁\共有69頁\編于星期日\1點(diǎn)我國煤炭開采技術(shù)發(fā)展的現(xiàn)狀和方向當(dāng)前第57頁\共有69頁\編于星期日\1點(diǎn)3.1發(fā)展現(xiàn)狀國有大型煤礦發(fā)展現(xiàn)狀賦存條件好的薄及中厚煤層綜采技術(shù)進(jìn)入國際先進(jìn)行列；厚煤層綜放開采技術(shù)及經(jīng)濟(jì)指標(biāo)處于國際領(lǐng)先地位。存在的問題采掘工作面推進(jìn)引發(fā)的采場重大事故時(shí)有發(fā)生；對采用無煤柱充填開采技術(shù)控制重大事故和環(huán)境災(zāi)害重要性還不明確。沒有從根本上控制高應(yīng)力區(qū)掘巷引發(fā)重大事故和留設(shè)煤柱造成的嚴(yán)重開采資源損失。當(dāng)前第58頁\共有69頁\編于星期日\1點(diǎn)中小型礦井綜采工作面比例很低，開采技術(shù)與裝備水平比較落后；管理水平依然停留在依靠統(tǒng)計(jì)經(jīng)驗(yàn)決策，傳統(tǒng)條例管理模式階段；沒有擺脫頂板事故威脅；沖擊地壓、水害等重大事故多發(fā)局面依然存在。當(dāng)前第59頁\共有69頁\編于星期日\1點(diǎn)3.2

發(fā)展方向在深化“實(shí)用礦山壓力控制理論”的基礎(chǔ)上大力推進(jìn)采掘工作面生產(chǎn)過程的機(jī)械化和自動(dòng)化，突破傳統(tǒng)管理模式的束縛，實(shí)現(xiàn)煤礦安全高效生產(chǎn)和環(huán)境災(zāi)害控制決策和實(shí)施監(jiān)控的信息化、智能化和可視化。切實(shí)把煤礦安全生產(chǎn)和環(huán)境控制從依靠統(tǒng)計(jì)經(jīng)驗(yàn)決策條例管理的模式推進(jìn)到依靠正確的思想理論指導(dǎo)和現(xiàn)代高端技術(shù)保證，針對具體煤層條件和開采技術(shù)條件科學(xué)定量的發(fā)展階段。也就是要把采掘工作面生產(chǎn)推進(jìn)到以控制煤礦重大事故和環(huán)境災(zāi)害為目