本書以彬旬礦區(qū)燕家河煤礦近距離煤層群5-1、5-2及8煤為研究對象，以資源高效回收為切入點，以礦井持續(xù)穩(wěn)定開采為最終目標，綜合采用理論分析、物理模擬、數(shù)值模擬、實驗室實驗、工業(yè)性試驗等研究方法，對近距離煤層群協(xié)同開采技術與礦井合理開采規(guī)模展開了較為系統(tǒng)地研究，研究成果可為近距離煤層群安全高效持續(xù)穩(wěn)定開采提供理論指導。    本書可供從事煤礦地下開采、巷道圍巖控制及煤礦安全等專業(yè)的科技人員和相關學者參考使用。

彬長礦區(qū)為首批國家煤炭規(guī)劃礦區(qū)之一,礦區(qū)總面積為1 643 km²,總儲量約為100億t。礦區(qū)建有胡家河、大佛寺、火石咀、燕家河、亭南等20余對礦井,經(jīng)過2002~2012年煤炭行業(yè)“黃金十年”的高強度、大規(guī)模過度開采,造成了煤層間無序開采、巷道布置不合理、地表環(huán)境損害嚴重、煤炭資源回收率低、產(chǎn)量波動大、服務年限急劇下降等問題。對礦井中后期發(fā)展極其不利,尤其在目前經(jīng)濟新常態(tài)形式下,需改變我國煤礦傳統(tǒng)開采模式,必須協(xié)同資源回收率、地表環(huán)境與開采規(guī)模間的關系,煤炭必須走降本提效、資源有效回收、環(huán)境協(xié)調(diào)的科學開采之路。因此,本書以彬長礦區(qū)燕家河煤礦近距離煤層群為研究對象,以5^-1、5^-2、8煤協(xié)同開采為切入點,綜合采用理論分析、物理模擬、數(shù)值模擬、實驗室實驗、工業(yè)性試驗等研究方法,對下伏厚煤層綜放開采條件下上行開采技術、底軟厚硬煤層“孤島”綜放沿空掘巷技術、礦井持續(xù)開采合理規(guī)模展開了較系統(tǒng)的分析。

首先,基于燕家河煤礦協(xié)同開采隱患因素分析,建立了近距離煤層群協(xié)同開采技術體系。其次,采用多種方法綜合分析了8煤綜放開采采場覆巖運移及變形規(guī)律,掌握了上覆5^-1、5^-2煤層變形規(guī)律及破壞特征,確定了近距離煤層群5^-1、5^-2煤上行開采可行性。再次,提出了“孤島”綜放工作面沿空巷道上覆基本頂斷裂結構存在3種基本形式,得到了基本頂斷裂線位置與巷道圍巖整體穩(wěn)定性關系密切的認識,認為當斷裂線位于巷道正上方時對巷道維護最不利,指導現(xiàn)場沿空掘巷時應考慮基本頂斷裂結構對沿空巷道穩(wěn)定性的影響,避免在斷裂線正下方掘進巷道。針對“孤島”綜放工作面沿空掘巷圍巖變形特點,提出了高預緊力錨桿支護技術和高預應力錨索補強支護技術,在8105、8215綜放面成功應用綜放沿空掘巷技術。最后,建立了工作面煤層地質(zhì)條件開采工藝性綜合評價模型,對礦井未來開采的83個工作面進行了開采工藝性綜合評價;構建了能綜合反映“人—機—環(huán)境”三因素影響的單產(chǎn)預測新模型,對礦井未來開采的83個工作面進行了可靠單產(chǎn)預測;基于工作面預測產(chǎn)量,對可能滿足礦井開采規(guī)模的多種接續(xù)方案進行了比較分析,確定了礦井持續(xù)開采工作面接續(xù)方案和合理開采規(guī)模為1.80 Mt/a。

全書共11章,第1章介紹了本書的研究背景、意義和國內(nèi)外研究現(xiàn)狀,提出了本書的研究內(nèi)容與方法;第2章分析了燕家河煤礦近距離煤層群協(xié)同開采隱患因素,建立了近距離煤層群協(xié)同開采技術體系;第3、4、5章研究了近距離煤層群下伏厚煤層放頂煤開采條件下上行開采可行性;第6章分析了厚煤層綜放開采覆巖沉陷規(guī)律;第7、8、9章研究了底軟厚硬煤層綜放沿空掘巷圍巖變形機理及控制技術;第10章分析了近距離煤層群礦井持續(xù)開采合理規(guī)模;第11章對本書所做的工作進行了總結。

本書在成稿過程中,參閱了大量國內(nèi)外相關專業(yè)文獻,他們的研究成果給予筆者很大啟發(fā),在此謹向文獻作者表示誠摯感謝。本著作是在中國礦業(yè)大學張東升教授悉心指導下完成的,在此謹向張東升教授致以崇高敬意和誠摯感謝。感謝西安科技大學李樹剛教授、伍永平教授長期以來給予的關心與支持。感謝課題組馬立強教授、王旭鋒教授、范鋼偉副教授、張?zhí)燔娊淌凇⒃S滿貴教授、林海飛副教授給予的幫助。感謝煤炭資源與安全開采國家重點實驗室張少華高工、馬文頂高工、趙海云高工對物理模擬實驗的幫助。感謝李磊博士對數(shù)值模擬分析、現(xiàn)場實測分析的幫助。感謝旬邑縣中達燕家河煤礦有限公司張新志礦長、吳林梓總工程師、董永建副礦長以及其他工程技術人員在工業(yè)性試驗研究過程中給予的大力支持。感謝胡陽升、王琳、聶榮山、郭正超、雙海清、由臨東、杜政賢等碩士研究生參與部分研究工作。最后,感謝中國礦業(yè)大學出版社相關工作人員為本書的出版付出的辛勤勞動。

彬長礦區(qū)近距離煤層群協(xié)同開采隱患因素較多,本書僅分析了燕家河煤礦協(xié)同開采隱患因素并開展了相關研究工作。由于筆者水平所限,書中難免存在疏漏或謬誤之處,懇請專家及讀者批評指正。

作　者2016年3月

第1章　緒論 1

1.1　問題提出和研究意義1

1.2　國內(nèi)外研究現(xiàn)狀2

1.3　主要研究內(nèi)容、研究方法及技術路線12

1.4　研究目標與創(chuàng)新點14

第2章　近距離煤層群協(xié)同開采技術體系建立17

2.1　礦井概況17

2.2　開采現(xiàn)狀24

2.3　協(xié)同學理論28

2.4　近距離煤層群協(xié)同開采技術體系構建29

2.5　本章小結32

第3章　近距離煤層群上行開采可行性判別與分析33

3.1　上行開采可行性判別方法33

3.2　5^-1、5^-2煤上行開采判別結果及分析38

3.3　采動影響時空關系分析48

3.4　本章小結50

第4章　近距離煤層群采場覆巖運移規(guī)律及破斷特征分析51

4.1　煤巖基礎力學參數(shù)測試51

4.2　近距離煤層群上行開采相似材料模擬分析59

4.3　近距離煤層群上行開采UDEC^2D數(shù)值模擬分析72

4.4　近距離煤層群上行開采RFPA^2D數(shù)值模擬分析83

4.5　本章小結88

第5章　近距離煤層群采場覆巖運移規(guī)律現(xiàn)場實測分析90

5.1　8煤采場覆巖“二帶”高度實測分析90

5.2　5^-2煤頂?shù)装鍘r層運移規(guī)律巷探實測分析110

5.3　本章小結114

第6章　厚煤層綜放開采覆巖沉陷規(guī)律分析115

6.1　開采沉陷計算115

6.2　8煤開采對地表影響規(guī)律分析117

6.3　8煤開采對百子溝河影響規(guī)律分析124

6.4　8煤開采對5^-1煤影響規(guī)律分析135

6.5　本章小結144

第7章　綜放沿空掘巷基本頂破斷結構影響窄煤柱穩(wěn)定性分析146

7.1　沿空巷道基本頂斷裂結構力學模型146

7.2　基本頂斷裂結構影響窄煤柱穩(wěn)定性的數(shù)值模擬分析146

7.3　沿空巷道上覆基本頂斷裂結構探測151

7.4　8煤蠕變特性試驗分析156

7.5　本章小結161

第8章　綜放大斷面沿空掘巷圍巖變形規(guī)律數(shù)值模擬分析163

8.1　模型的建立163

8.2　模擬結果及分析165

8.3　本章小結174

第9章　綜放大斷面沿空掘巷圍巖穩(wěn)定性控制工程應用分析176

9.1　綜放沿空掘巷圍巖穩(wěn)定性控制技術176

9.2　8105綜放面工程應用分析193

9.3　8215綜放面工程應用分析197

9.4　其他工作面推廣應用205

9.5　本章小結208

第10章　近距離煤層群礦井持續(xù)開采合理規(guī)模分析210

10.1　煤層地質(zhì)條件評價210

10.2　煤層地質(zhì)條件開采工藝性綜合評價212

10.3　工作面單產(chǎn)預測與合理配置217

10.4　礦井持續(xù)開采合理規(guī)模確定231

10.5　本章小結239

第11章　主要結論241

參考文獻243