大倾角煤层长壁工作面岩层控制关键技术体系

大倾角煤层一般指埋藏倾角为35°~55°的煤层，是国内外采矿界公认的复杂难采煤层。大倾角煤层广泛分布于我国各大矿区，已探明储量约为1800亿~3600亿t，产量约为1.5亿~3.0亿t，分别占全国煤炭储量和产量的10%~20%和5%~8%。大倾角煤层开采在我国煤炭开发中具有重要地位。

　　受煤层赋存条件制约，大倾角煤层的岩层运动机理复杂，作业空间受限，综合机械化开采难度大，是亟需解决的重大工程问题。截至2018年10月，除中厚煤层采用综采和部分特厚煤层综放开采，以及个别大倾角厚煤层煤层采用大采高综采外，大多数开采大倾角煤层的矿井仍然在使用不同类型的非机械化开采方法，产量与效率低，人员伤亡事故频发。

　　自20世纪80年代起，我国学者及一线工程技术人员便开始针对大倾角煤层的开采方法、岩层控制理论、关键技术装备展开研究。发展至今，已在理论、技术、装备等方面取得了较大进展，构建了较为完整的研究体系。

　　西安科技大学教育部西部矿井开采及灾害防治重点实验室伍永平教授团队从大倾角煤层长壁综采的进展、实践、科学问题3个方面系统梳理了已经取得的研究成果、积累的实践经验以及未来需要突破的关键科学问题。提炼出以下主要观点:

　　①我国首次定义了大倾角煤层的概念(煤层倾角35°~55°)并给出了工程解释，但随着近年来装备水平与开采方法的不断提升革新，大倾角煤层倾角涵盖范围的工程解释应有所外延。即随着采煤装备、技术、方法的不断革新，长壁综合机械化开采所能适应的煤层倾角不断拓展，在个别矿井已达到70°。按照之前关于大倾角煤层的定义方法，当前大倾角煤层的倾角划定范围应处于35°~70°。因此，对大倾角煤层倾角范围的确定原则可暂定为：倾角下限为垮落矸石的自然安息角35°，倾角上限为目前长壁开采装备、技术、方法所能适应的最大煤层倾角，此上限角度是随着时代所发展变化的。

　　自20世纪90年代起至今，我国在大倾角煤层长壁开采岩层控制基本理论与关键技术、工作面动力灾害防护方法、工作面主要装备研发等领域的研究与试验取得了较大进展。

　　②在工程实践方面。我国首个大倾角煤层走向长壁综采工作面于1996—1998年在四川华蓥山矿务局(现四川煤业集团广能公司)绿水洞煤矿成功开采，随后在甘肃、新疆、重庆、黑龙江、贵州、河北等省区的多个矿井分别开展了大倾角厚煤层、特厚煤层、薄煤层、煤层群的综采(放)开采试验，均取得了比较明显的技术经济和社会效益。

　　③虽然近年来大倾角煤层长壁综采(放)领域内的科学研究与工程实践取得了长足进展，但由于其理论研究、关键技术突破和装备研发是以缓倾斜煤层为基础发展而来，随着现场应用范围的不断拓宽，除倾角32°~55°的薄及中厚煤层长壁综采外，其他煤层开采的安全与产效问题逐步凸显，正在成为大倾角煤层综合机械化开采的“技术瓶颈”。

　　研究指出未来的研究应集中在：复杂采动煤岩体力学性状与量化表征，复杂采动煤岩体力学行为及其对工作面灾变的控制作用，大倾角长壁采场“支架-围岩”系统多维交互动力学与多目标非稳态控制方法，非规则回采空间随机分离体形成-运动-损害过程及防护机制，大倾角、急倾斜煤层颠覆性开采方法、技术与装备等方面。

　　这项研究得到了国家自然科学基金的资金支持，成果以《大倾角煤层长壁综采：进展、实践、科学问题》（点击查看）为题发表于《煤炭学报》2020年第1期。