特厚煤层综放开采坚硬顶板强矿压控制关键技术

研发起止时间：2018.3～2021.12

完成单位：晋能控股集团有限公司、晋能控股煤业集团有限公司、河南理工大学、河南工程学院

成果水平：国际先进

1 项目背景

大同煤田属于双系开采煤田，目前上部侏罗系煤层开采已近结束，正逐步转产到下部石炭系煤层，主采煤层为3-5#煤层。同忻矿以往留设38 m左右的区段煤柱，由于煤柱宽度较大，在工作面超前支承压力以及上工作面侧向支承压力的叠加应力影响下，回采巷道片帮、底鼓严重，巷道掘进效率低、返修成本大，严重制约了工作面的安全高效回采，留设宽煤柱也造成煤炭资源的不充分利用，极大地浪费煤炭资源，缩短矿井服务年限。因此，侏罗系遗留煤柱下工作面高强度开采所面临的巷道强矿压治理问题成为目前同忻矿乃至煤业集团其他生产矿井亟待解决的技术难题。

本项目研究根据大同矿区石炭系特厚煤层开采引起的围岩活动与工作面强矿压显现特征，在工作面强矿压显现机理研究基础上，提出强矿压的控制技术，形成大同矿区综放工作面坚硬顶板条件下开采工作面强矿压控制的理论与技术体系。

2 研究内容

通过理论分析及现场监测等手段，分析研究复杂条件下8102工作面回采不同阶段矿压显现规律，对不同阶段矿压显现对比分析，得出同忻矿特厚煤层工作面的矿压规律，提出合理的综放工作面采场围岩控制方案和卸压技术措施，减弱综放工作面对采场及巷道的影响，提高工作面采场及巷道的稳定性，实现8102综放工作面安全高效回采。

1）查明了8102 工作面所处区域的水文、地层、构造形态等地质情况，其对工作面安全回采的影响做出了科学评价。

2）分析了8102 工作面两侧采动情况及覆岩空间结构特征。

3）研究分析了8102 工作面两侧采空区以及上层14#煤层采空区对8102工作面沿空掘巷的影响程度。

4）分析了8101 采空区及8103 采空区稳定后的侧向支承压力以及采空区稳定程度、有害气体含量、老空区积水情况等因素，科学、合理设计了8102 工作面沿空掘巷小煤柱留设宽度及巷道支护形式。

5）对8102 大采高综放工作面主要设备进行了配套选型。

6）根据大同矿区综放面坚硬顶板强矿压显现的发生机理，提出大同矿区综放工作面坚硬顶板强矿压的控制方法与技术途径，解决了大同矿区石炭系煤层开采中坚硬顶板控制的关键理论与技术问题，形成大采高综放工作面坚硬顶板强矿压条件下安全回采成套技术。

3 主要研究成果

1）采用井上下多元信息，综合分析同忻矿特厚煤层坚硬顶板8102 综放高强度开采工作面覆岩结构特征，建立了覆岩结构力学模型，揭示了特厚煤层坚硬顶板综放工作面强矿压发生机理。同忻矿8102 工作面覆岩中长臂非对称“T”型结构图如图1所示。

2）利用工作面电液控制系统、巷道围岩变形监测系统、煤体微震和应力监测系统，实时分析和预警回采过程中的矿压显现，建立了多方位、全过程的矿压监测预警系统。微震系统检波器深孔布置示意图如图2所示，钻孔测点布置示意图如图3所示。

图2 微震系统检波器深孔布置示意图

图3 钻孔测点布置示意图

3）分析了坚硬顶板特厚煤层煤柱下开采采掘空间“强矿压”显现特征，建立了以高工作阻力液压支架为核心，大直径钻孔卸压、卸压槽卸压、超前水力切顶卸压相结合的强矿压控制技术，实现了特厚煤层坚硬顶板综放工作面的安全高效回采。

4 应用效果

项目研究成果在晋能控股煤业集团有限公司同忻煤矿8102综放工作面成功进行了工业性实践，围岩应力卸压程度达到70%以上，为矿井新增产值共计54亿元，新增利润34.48亿元，新增税收约7.05亿元。研究成果为提高煤层开采资源回收率、保障采掘巷道稳定性提供了有力技术支撑，显著提高了工作面开采安全性，延长了矿井服务时间，经济和社会效益显著。

项目于2022 年3 月18 日通过了中国煤炭工业协会组织的专家鉴定，研究成果达到国际先进水平。