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2024-01-28 04:40:40 来源：盛楚鉫鉅网
2019年以来，山西大同煤矿集团研宣布一项“黑科技”，有用破解了顶板管理难题。这项“黑科技”便是坚固顶板杂乱结构强矿压作用机理及操控技能。
运用这项技能，同煤集团选用躲避优先、卸支同步的管理手法，跳采、小(无)煤柱、地上压裂、水压致裂、链臂锯智能切缝等管理办法，前进了资源回收率，延长了矿井服务年限，有用保证了安全出产。这项技能取得2019年度中国煤炭工业协会科学技能奖一等奖。
KLJ7智能链臂切顶机
把握特厚煤层岩层运动规则大同矿区是我国最大的煤炭出产基地之一,也是国内外典型的厚层坚固难冒顶板赋存矿区。长期以来,同煤集团不段破解“两硬”（顶板硬、煤层硬）挖掘难题，积累了许多技能经历，取得了明显的经济效益。
可是跟着进入下部石炭系挖掘以来,特厚煤层(14-20m)综放挖掘强矿压产带来的安全隐患越来越不容忽视：次序挖掘、大煤柱(38米)条件下，临空动压挖掘远场结构失稳激烈，反转运动对临空巷道产生沿巷道断面径向的挤压力，液压支架安全阀频频敞开、压架冒顶，乃至工作面超前150m规模内的临空侧巷道还会呈现变形、损坏......尽管采纳了许多办法进行防备管理，可是作用都不太抱负。
通过探究研讨，同煤集团研讨团队展开，只要准确把握大同矿区特厚煤层综放挖掘条件下的大空间采场岩层运动规则，针对性地进行岩层操控,才干处理这些问题。
为此，科研团队从井下矿压、覆岩运移、地表沉陷三个方面寻觅突破点，创造大标准“三位一体”原位实测成套技能，确立了大空间覆岩“悬臂梁+砌体梁+高位结构”，提醒了远近场结构失稳的矿压作用机理，为顶板防治供给了理论依据。
尔后，研讨团队进一步选用合理的管理手法进行攻关，总结出一套自己特有的办法，即躲避优先、卸支同步。
怎么进行躲避？首要运用跳采、小煤柱、无煤柱办法。“依据储量、采掘联接完成多层位、多盘区跳采，防止临空安置工作面，有用防止采掘比武，完成源头避压。”时任同煤集团总工程师的鲍永生介绍道，“施行小煤柱挖掘，依据压力散布将顺槽留在卸压区，从煤柱留设上减压、让压，把顺槽的会集压力让到工作面。在推广运用小煤柱技能的基础上，引入运用主动切顶成巷无煤柱挖掘技能，不留煤柱，堵截应力传递，完成真实避压。”
据了解，2019年同煤集团30座矿井33个工作面成功运用小煤柱挖掘技能，挖掘煤层从中厚煤层（2-3米）延伸到特厚煤层（18-23米），煤柱留设也由38米减小为6米乃至展开到无煤柱，全集团资源回收率均匀前进3.6%，在前进煤炭资源回收率和矿井服务年限的一起，也为矿井安全高效出产供给了有力保证。
施行近场岩层定向预裂卸压采纳避压办法后，工作面仍有压力，怎么办？同煤集团研讨团队给出了处理方案：有必要进行近远场要害层工程卸压，完成分级预控。
鲍永生介绍，传统卸压是人工聚能爆炸，将顶板提早预裂，但受特厚煤层综放挖掘强矿压影响，人工聚能爆炸不同地质条件爆炸半径截然不同，裂缝不能彻底贯穿，工作面顶板覆岩层主动垮落不完整时有产生，严重影响了采空区填充作用，只要展开精准定向预裂卸压，才干处理这些问题。
针对近场要害层，创造“深孔承压爆炸技能”专利技能，通过预设钻孔内传爆介质的压力改动炸药爆炸功能，前进炸药爆炸能量运用率，协作运用60MPa特高压水压致裂技能及配备，扩展水压致裂运用规模，削减根本顶初度垮落及周期来压步距和强度；自主提着出产KLJ7型矿用智能链臂锯切顶机，用于3-3.5米的中厚煤层无煤柱、小煤柱近场工作面切顶卸压，以机械链臂替代爆炸，完成裂缝贯穿彻底垮落。
“2019年7月，KLJ7型矿用智能链臂锯切顶机在井下累计切开36刀，切开长度160米，面积623平米。最大切缝深度到达6.6m，宽度42mm，实验运转取得一次成功，推进了无煤柱工作面切顶工艺由人工爆炸切顶向机械精准切顶改动。”同煤集团综采配备装置分公司总工程师王自卫说。
2019年，研讨团队又将近场岩层切顶卸压技能投向了复合射孔技能。
“该理论最早是在石油天然气范畴运用的，后来潞安集团将其运用于添加煤层透气性以及前进瓦斯抽采率上，咱们受此启示，结合岩层运动规则，将超深穿透射孔弹和射孔枪作为实验千锤百炼，瓦斯抽采射孔管串激起焚烧后，在构成射孔孔道的一起，复合推进剂产生的高温高压气体前进楔入增裂，构成孔缝交融的定向接连裂缝面，添加煤层的孔隙裂隙。”同煤集团同大科技院技能科纪润清介绍道，“现在，咱们正在一起进行不同地质环境下的现场实验,树立相应的打钻工艺、封孔工艺和施工安全办法。”
运用远场坚固顶板压裂操控技能依据特厚煤层岩层运动规则，远场要害层的破断关于临空巷道的变形有着巨大的影响，是形成临空侧巷道变形的首要原因。因而，只要远场协作定向预裂卸压，才干有用按捺特厚煤层坚固顶板综放挖掘条件下采场强矿压闪现，并处理因顶板大面积破断形成瓦斯不均衡涌出及瓦斯超限的难题。
为了取得精准的理论数据，研讨团队做了许多的实验研讨。首要，树立弹塑本构模型和水压裂缝面峰值剪切强度模型，提醒水力压裂弱化坚固顶板岩体强度的机理。其次，运用自主研制的深部煤岩工程多功能物理模拟实验系统，展开大尺度（1420×530×420mm）原岩试件真三轴水力压裂实验，取得了水压裂缝扩展规则及网络裂缝散布特征。最终，通过剖析回采参数、坚固顶板层位对水压裂缝扩展的动态影响规则，探明晰压裂机遇、层位与采场空间的联系。
此外，同煤集团还与西安通源石油公司协作，一起研制地上压裂坚固顶板操控采场矿压的新办法，运用地上笔直井压裂技能及水平井压裂技能，运用压裂液与砂岩产生化学反应，溶蚀孔隙内的矿藏，下降裂缝面的岩体强度，改动远场要害层的垮断特性，然后削减远场要害层破断时的能量开释、减小岩层活动规模以及要害层结构失稳的压力传递，弱化远场高位岩层，彻底治愈强矿压难题。
“通过不断研讨，咱们发现在预控技能系统中有个临界层位,即处于该层位之下的岩层的破断、运动才会对矿压产生影响,挑选弱化的岩层必定坐落该临界层位之下的某一层或几层要害层。因而,临界层位的确认至关重要，往后将咱们持续在现场工程施行过程中，对比对哪一层要害层进行弱化处理,使弱化岩层层位的挑选更精准，弱化作用更好。”同煤集团同大科技院采矿研讨所所长刘锦荣说。（文/吴玲洪浪贾起岩责编/何萍萍）
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