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　　頂板事故起數(shù)和傷亡人數(shù)長期以來一直位居煤礦各類事故首位，巖層破裂還是瓦斯、水害等事故的主要誘因，同時直接影響開采工藝與生產(chǎn)效率，因此，巖層控制是煤礦安全高效開采的核心。由于地下工程的隱蔽性和復(fù)雜性，巖層運動規(guī)律難以掌控，是亟待攻克的世界性難題。

　　圖1 大空間覆巖運移連續(xù)監(jiān)測體系

　　目前對于堅硬頂板特厚煤層采場礦壓的研究范圍涉及空間不足，缺乏覆巖整體運移監(jiān)測技術(shù)以及適用于研究大空間采場的科學(xué)理論，難以準(zhǔn)確揭示大空間采場堅硬巖層運動規(guī)律及強礦壓顯現(xiàn)機理，更缺少高位堅硬巖層主動控制技術(shù)。針對上述理論與技術(shù)難題，同煤集團積極爭取國家、省部重大科技支撐計劃，聯(lián)合科研院校，生產(chǎn)廠家發(fā)揮科技人員的聰明才智和前人豐富成果，對大同礦區(qū)堅硬頂板特厚煤層（15~23m）開采，采場空間大，覆巖擾動范圍廣，頂板的破斷運移及礦壓作用復(fù)雜，工作面開采過程中支架壓死、巷道破壞等強礦壓等問題，大膽攻關(guān)研究，經(jīng)近十年的不斷創(chuàng)新實踐，研發(fā)出了煤礦大空間采場堅硬巖層控制理論與關(guān)鍵技術(shù)。該項目不僅解決了大同堅硬頂板特厚煤層復(fù)雜開采條件下的工程技術(shù)難題，更在攻克巖層運動精準(zhǔn)認(rèn)知和科學(xué)預(yù)控的世界性難題上取得了突破，具有重要的科學(xué)價值。對特厚煤層堅硬復(fù)雜巖層控制理論技術(shù)具有重要的科學(xué)引領(lǐng)示范作用，在礦壓理論、大空間巖層運移原位實測和堅硬巖層控制技術(shù)等方面均達到了國際領(lǐng)先水平。

圖2 大空間覆巖破斷結(jié)構(gòu)與礦壓作用規(guī)律

　　同煤集團課題組技術(shù)人員介紹，該技術(shù)主要取得了以下重要成果：

　　一是揭示了大空間覆巖破斷結(jié)構(gòu)特征。該項目研發(fā)了大空間巖層運動原位監(jiān)測成套技術(shù)與裝備，探明了大空間覆巖“懸臂梁+砌體梁+高位結(jié)構(gòu)”的復(fù)雜破斷結(jié)構(gòu)特征，掌握了各層位結(jié)構(gòu)失穩(wěn)的礦壓規(guī)律。在攻克巖層運動精準(zhǔn)認(rèn)知的世界性難題上取得重大進展，為大空間采場堅硬巖層控制理論的建立奠定了基礎(chǔ)。

　　二是提出了大空間采場堅硬巖層控制理論。首次定義了大空間采場并劃分為遠(yuǎn)場和近場，建立了大空間采場覆巖破斷結(jié)構(gòu)力學(xué)模型，闡明了遠(yuǎn)、近場結(jié)構(gòu)失穩(wěn)的礦壓作用機制，揭示了大空間覆巖結(jié)構(gòu)失穩(wěn)的強礦壓顯現(xiàn)機理，豐富發(fā)展了礦山壓力與巖層控制理論，為強礦壓防控提供了依據(jù)。

　　三是發(fā)明了地面壓裂堅硬巖層控制采場礦壓的方法。研發(fā)了大型真三軸多功能試驗系統(tǒng)，開展了大尺度（1420×530×420mm）原位試件水力壓裂試驗，揭示了堅硬巖層水壓裂縫擴展規(guī)律；建立了壓裂時空參數(shù)選取準(zhǔn)則，開發(fā)了水壓裂縫擴展監(jiān)控技術(shù)，研發(fā)了水平井體積壓裂和垂直井分級壓裂技術(shù)，構(gòu)建了煤礦頂板地面壓裂精準(zhǔn)控制技術(shù)體系，填補了高位堅硬巖層控制的國際空白。

　　四是構(gòu)建了堅硬頂板遠(yuǎn)近場協(xié)同預(yù)控技術(shù)體系。開發(fā)了井下深孔承壓爆破技術(shù)，首創(chuàng)了鏈臂鋸連續(xù)切割、射孔定向造縫的切頂卸壓成套技術(shù)與裝備，實現(xiàn)了近場巖層垮落的準(zhǔn)確控制；構(gòu)建了頂板弱化與卸壓開采的遠(yuǎn)近場協(xié)同控制技術(shù)體系，實現(xiàn)了采場礦壓控制由被動治理向主動預(yù)控的轉(zhuǎn)變?！　?/p>

圖3 大型真三軸原位試件水力壓裂試驗

圖4 鏈臂鋸連續(xù)切割成套裝備

　　該項技術(shù)不僅在理論方面取得了重大突破，在實際生產(chǎn)應(yīng)用當(dāng)中，已在大同千萬噸級厚煤層綜放工作面廣泛應(yīng)用，創(chuàng)工作面月產(chǎn)151 萬噸，生產(chǎn)煤炭億噸無死亡的世界頂級水平，近三年創(chuàng)造效益16.7億元。