研發(fā)起止時間：2018.3～2021.12

完成單位：晉能控股集團有限公司、晉能控股煤業(yè)集團有限公司、河南理工大學(xué)、河南工程學(xué)院

成果水平：國際先進

1 項目背景

大同煤田屬于雙系開采煤田，目前上部侏羅系煤層開采已近結(jié)束，正逐步轉(zhuǎn)產(chǎn)到下部石炭系煤層，主采煤層為3-5#煤層。同忻礦以往留設(shè)38 m左右的區(qū)段煤柱，由于煤柱寬度較大，在工作面超前支承壓力以及上工作面?zhèn)认蛑С袎毫Φ寞B加應(yīng)力影響下，回采巷道片幫、底鼓嚴(yán)重，巷道掘進效率低、返修成本大，嚴(yán)重制約了工作面的安全高效回采，留設(shè)寬煤柱也造成煤炭資源的不充分利用，極大地浪費煤炭資源，縮短礦井服務(wù)年限。因此，侏羅系遺留煤柱下工作面高強度開采所面臨的巷道強礦壓治理問題成為目前同忻礦乃至煤業(yè)集團其他生產(chǎn)礦井亟待解決的技術(shù)難題。

本項目研究根據(jù)大同礦區(qū)石炭系特厚煤層開采引起的圍巖活動與工作面強礦壓顯現(xiàn)特征，在工作面強礦壓顯現(xiàn)機理研究基礎(chǔ)上，提出強礦壓的控制技術(shù)，形成大同礦區(qū)綜放工作面堅硬頂板條件下開采工作面強礦壓控制的理論與技術(shù)體系。

2 研究內(nèi)容

通過理論分析及現(xiàn)場監(jiān)測等手段，分析研究復(fù)雜條件下8102工作面回采不同階段礦壓顯現(xiàn)規(guī)律，對不同階段礦壓顯現(xiàn)對比分析，得出同忻礦特厚煤層工作面的礦壓規(guī)律，提出合理的綜放工作面采場圍巖控制方案和卸壓技術(shù)措施，減弱綜放工作面對采場及巷道的影響，提高工作面采場及巷道的穩(wěn)定性，實現(xiàn)8102綜放工作面安全高效回采。

1）查明了8102 工作面所處區(qū)域的水文、地層、構(gòu)造形態(tài)等地質(zhì)情況，其對工作面安全回采的影響做出了科學(xué)評價。

2）分析了8102 工作面兩側(cè)采動情況及覆巖空間結(jié)構(gòu)特征。

3）研究分析了8102 工作面兩側(cè)采空區(qū)以及上層14#煤層采空區(qū)對8102工作面沿空掘巷的影響程度。

4）分析了8101 采空區(qū)及8103 采空區(qū)穩(wěn)定后的側(cè)向支承壓力以及采空區(qū)穩(wěn)定程度、有害氣體含量、老空區(qū)積水情況等因素，科學(xué)、合理設(shè)計了8102 工作面沿空掘巷小煤柱留設(shè)寬度及巷道支護形式。

5）對8102 大采高綜放工作面主要設(shè)備進行了配套選型。

6）根據(jù)大同礦區(qū)綜放面堅硬頂板強礦壓顯現(xiàn)的發(fā)生機理，提出大同礦區(qū)綜放工作面堅硬頂板強礦壓的控制方法與技術(shù)途徑，解決了大同礦區(qū)石炭系煤層開采中堅硬頂板控制的關(guān)鍵理論與技術(shù)問題，形成大采高綜放工作面堅硬頂板強礦壓條件下安全回采成套技術(shù)。

3 主要研究成果

1）采用井上下多元信息，綜合分析同忻礦特厚煤層堅硬頂板8102 綜放高強度開采工作面覆巖結(jié)構(gòu)特征，建立了覆巖結(jié)構(gòu)力學(xué)模型，揭示了特厚煤層堅硬頂板綜放工作面強礦壓發(fā)生機理。同忻礦8102 工作面覆巖中長臂非對稱“T”型結(jié)構(gòu)圖如圖1所示。

2）利用工作面電液控制系統(tǒng)、巷道圍巖變形監(jiān)測系統(tǒng)、煤體微震和應(yīng)力監(jiān)測系統(tǒng)，實時分析和預(yù)警回采過程中的礦壓顯現(xiàn)，建立了多方位、全過程的礦壓監(jiān)測預(yù)警系統(tǒng)。微震系統(tǒng)檢波器深孔布置示意圖如圖2所示，鉆孔測點布置示意圖如圖3所示。

圖2 微震系統(tǒng)檢波器深孔布置示意圖

圖3 鉆孔測點布置示意圖

3）分析了堅硬頂板特厚煤層煤柱下開采采掘空間“強礦壓”顯現(xiàn)特征，建立了以高工作阻力液壓支架為核心，大直徑鉆孔卸壓、卸壓槽卸壓、超前水力切頂卸壓相結(jié)合的強礦壓控制技術(shù)，實現(xiàn)了特厚煤層堅硬頂板綜放工作面的安全高效回采。

4 應(yīng)用效果

項目研究成果在晉能控股煤業(yè)集團有限公司同忻煤礦8102綜放工作面成功進行了工業(yè)性實踐，圍巖應(yīng)力卸壓程度達到70%以上，為礦井新增產(chǎn)值共計54億元，新增利潤34.48億元，新增稅收約7.05億元。研究成果為提高煤層開采資源回收率、保障采掘巷道穩(wěn)定性提供了有力技術(shù)支撐，顯著提高了工作面開采安全性，延長了礦井服務(wù)時間，經(jīng)濟和社會效益顯著。

項目于2022 年3 月18 日通過了中國煤炭工業(yè)協(xié)會組織的專家鑒定，研究成果達到國際先進水平。