本書詳細介紹了安全高效綜放開采的相關理論與技術，主要內容包括：綜放開采基本理論及關鍵技術、大傾角煤層安全高效綜放開采技術、“三軟”煤層安全高效綜放開采技術、含硬夾矸煤層安全高效綜放開采技術、特厚煤層安全高效綜放開采技術等。本書所述內容是作者近年來在綜放開采方面科研成果及實踐經驗的總結，具全面性、新穎性。 本書可供從事采礦工程專業(yè)研究的科研人員及相關工程技術人員參考。

煤炭資源的安全高效開采是我國煤炭工業(yè)的發(fā)展方向。我國厚煤層儲量豐富,可采儲量占全國煤炭總可采儲量的45%左右,每年由井工開采的厚煤層產量占全國煤炭總產量的40%~50%,因此,厚煤層的安全、高效、高回收率開采對于我國煤炭工業(yè)的發(fā)展具有重要影響。

綜放開采技術是實現(xiàn)厚及特厚煤層高效集約化生產最有效的方法之一。近20年來,綜采放頂煤技術在我國的迅猛發(fā)展和廣泛應用,為企業(yè)創(chuàng)造了巨大的效益,為煤炭工業(yè)的發(fā)展作出了重大貢獻,其主要技術經濟指標達到國際先進水平,放頂煤技術處于國際領先水平,已經成為一種安全高效的采煤方法。目前,我國年產600萬~1000萬t及以上具有國際領先技術水平的安全高效礦井和綜采工作面都是在厚煤層開采條件下實現(xiàn)的,其中綜放工作面發(fā)展迅速。1998年全國綜放產量達到7000萬t,在全國64個百萬噸綜采隊中,綜放隊有22個,其中有9個隊達到年產200萬t以上,占全國年產200萬t以上綜采隊的81.8%,最高工效達181t/工。1999年,兗礦集團綜放隊年產量達到530萬t,刷新了該隊1998年創(chuàng)造的501萬t的全國紀錄。2002年至2005年兗礦集團綜放隊年產量連續(xù)超過600萬t,其中2004年達到658萬t的歷史最好成績。2008年,兗礦集團興隆莊煤礦大采高綜放工作面

采出率達89.99%,最高達91.97%,工作面生產能力平均達到62.82萬t/月,最高達到66萬t/月。潞安王莊煤礦大采高綜放工作面采出率達到91.6%,最高92.1%,具備了年產800萬t的生產能力。大同塔山礦開采石炭紀3-5# 合并煤層,平均厚18.44m,2009年工作面月產超過100萬t,最高月產131.2萬t,采出率超過80%。

綜放開采技術的廣泛應用和發(fā)展,促進了相關理論與技術的研究,理論與技術的研究成果又推動了綜放開采技術的不斷完善和發(fā)展。我國有關專家學者在放頂煤開采的理論與技術研究方面取得了豐碩的研究成果,從而使得綜放開采的理論與技術體系不斷豐富和完善。

本書即是本研究團隊十多年來在綜放開采方面的主要研究成果。本書分為十章,包括緒論、綜放開采煤巖破斷冒放的塊度理論、綜放開采頂煤的變形失穩(wěn)規(guī)律及支架與圍巖關系、綜放開采頂煤的放出規(guī)律、提高綜放開采采出率的理論與技術、“三軟”復雜結構特厚煤層綜放開采技術、極松軟大傾角厚煤層綜放開采關鍵技術、大采高綜采放頂煤開采技術、自動化綜采放頂煤開采技術和露井聯(lián)采千萬噸超長綜放工作面開采技術等,是綜放開采理論與技術的新近研究成果,體現(xiàn)了綜放開采的研究前沿和發(fā)展方向。

本書內容的研究工作和出版得到了國家自然科學基金項目(50774079)、江蘇省高校優(yōu)勢學科建設工程項目(PADD)、中央高校基本科研業(yè)務費專項資金項目(2010QNA32)、山東省自然科學基金項目(ZR2010EQ002)的資助。

本研究成果是研究團隊與煤炭企業(yè)產學研合作的成果。感謝研究團隊的鄒喜正教授在有關研究中給予的指導和幫助,感謝研究生李紅濤、李永明、王振、劉奎、王君、王美柱、劉躍俊、李磊、王云祥、王曉、裴夢松、楊敬軒、郭衛(wèi)彬、張寧波、陳寶寶等所做的有關研究工作。感謝兗礦集團、潞安集團、中煤平朔煤炭集團、徐州礦務集團、河南神火煤電集團、河南義馬煤業(yè)集團等的有關領導和所屬有關煤礦、技術和科技管理部門的有關領導和工程技術人員,正是有了你們的大力支持和密切合作,保障了各項研究工作的順利完成。

由于作者水平所限,書中難免出現(xiàn)錯誤和不當之處,敬請同行專家和讀者給予批評指正。

著 者

2013年8月

1 緒論………………………………………………………………………………………… 1

1.1 綜放開采技術的發(fā)展及應用……………………………………………………… 1

1.2 綜放開采理論與技術研究現(xiàn)狀…………………………………………………… 2

1.3 綜放開采技術的發(fā)展趨勢………………………………………………………… 6

2 綜放開采煤巖破斷冒放的塊度理論……………………………………………………… 8

2.1 綜放開采煤巖的破裂與運移規(guī)律………………………………………………… 8

2.2 綜放面支承壓力分布規(guī)律………………………………………………………… 18

2.3 頂煤破斷塊度分布規(guī)律…………………………………………………………… 30

2.4 頂煤放落流動規(guī)律………………………………………………………………… 35

2.5 煤矸塊度對頂煤放落及混矸的影響……………………………………………… 38

2.6 煤巖冒放成拱及可放出性………………………………………………………… 39

2.7 煤巖破斷冒放的塊度理論框架…………………………………………………… 48

3 綜放開采頂煤的變形失穩(wěn)規(guī)律及支架與圍巖關系……………………………………… 50

3.1 綜放開采頂煤的變形失穩(wěn)規(guī)律…………………………………………………… 50

3.2 兩柱掩護式綜放支架與圍巖相互作用關系……………………………………… 56

4 綜放開采頂煤的放出規(guī)律………………………………………………………………… 69

4.1 低位綜放開采散體煤矸流動特征………………………………………………… 69

4.2 大采高綜放開采放煤步距對混矸及頂煤放出率的影響………………………… 69

4.3 大傾角厚煤層綜放開采放煤方式對煤矸放落規(guī)律的影響……………………… 72

4.4 采放比對頂煤放出規(guī)律及效果的影響…………………………………………… 84

4.5 大塊度頂煤對放煤的影響規(guī)律…………………………………………………… 92

4.6 低位綜放開采頂煤放出率與含矸率關系………………………………………… 94

4.7 合理放煤工藝參數(shù)的確定原則…………………………………………………… 98

5 提高綜放開采采出率的關鍵技術……………………………………………………… 100

5.1 影響綜放開采采出率的因素…………………………………………………… 100

5.2 特厚煤層綜放開采提高末采期間頂煤回收率技術…………………………… 103

5.3 綜放工作面端頭區(qū)頂煤回收技術……………………………………………… 112

5.4 復雜條件下特厚煤層綜放開采提高采出率技術……………………………… 119

5.5 風氧化帶厚煤層綜放開采控制混矸提高回收率技術………………………… 136

5.6 提高盤(采)區(qū)煤炭回收率技術………………………………………………… 139

6 “三軟”復雜結構特厚煤層綜放開采技術……………………………………………… 159

6.1 “三軟”復雜結構特厚煤層的賦存特征………………………………………… 15

6.2 復雜結構厚煤層綜放開采頂煤的破斷特征…………………………………… 160

6.3 頂煤中賦存硬層煤矸條件下的力學模型分析………………………………… 164

6.4 復雜結構特厚煤層綜放開采頂煤的破斷失穩(wěn)規(guī)律…………………………… 166

6.5 復雜結構特厚煤層綜放開采頂煤的冒放規(guī)律………………………………… 175

6.6 提高復雜結構煤層頂煤冒放性的技術措施…………………………………… 186

6.7 現(xiàn)場應用………………………………………………………………………… 187

7 極松軟大傾角厚煤層綜放開采關鍵技術……………………………………………… 189

7.1 煤層地質條件…………………………………………………………………… 189

7.2 極松軟大傾角厚煤層綜放開采設備選型配套………………………………… 190

7.3 大傾角松軟厚煤層綜放面設備穩(wěn)定性控制…………………………………… 194

7.4 大傾角松軟厚煤層綜放面端面圍巖控制……………………………………… 204

7.5 大傾角松軟厚煤層綜放開采的煤矸流動規(guī)律………………………………… 206

7.6 大傾角松軟厚煤層綜放面礦壓顯現(xiàn)規(guī)律……………………………………… 221

7.7 現(xiàn)場應用………………………………………………………………………… 224

8 大采高綜采放頂煤開采技術…………………………………………………………… 227

8.1 大采高綜放開采的技術優(yōu)勢…………………………………………………… 227

8.2 大采高綜放開采放煤口參數(shù)分析……………………………………………… 228

8.3 大采高綜放開采煤矸流場特征………………………………………………… 229

8.4 大采高綜放工作面設備配套…………………………………………………… 234

8.5 大采高綜放面礦壓規(guī)律………………………………………………………… 252

8.6 大采高綜放支架的穩(wěn)定性和適應性…………………………………………… 270

8.7 現(xiàn)場應用………………………………………………………………………… 273

9 自動化綜放開采技術…………………………………………………………………… 285

9.1 潞安王莊煤礦自動化綜放開采技術…………………………………………… 285

9.2 兗礦澳思達煤礦自動化綜放開采技術………………………………………… 305

10 露井聯(lián)采千萬噸超長綜放工作面開采技術…………………………………………… 314

10.1 工作面地質賦存條件…………………………………………………………… 314

10.2 特厚煤層千萬噸超長綜放工作面成套設備…………………………………… 319

10.3 特厚煤層超長綜放面礦壓規(guī)律與支架適應性………………………………… 331

10.4 特厚煤層超長綜放面煤矸放出規(guī)律及放煤方式……………………………… 344

10.5 特厚煤層超長綜放面回采工序與設備配套協(xié)調性…………………………… 347

10.6 效益分析………………………………………………………………………… 356

參考文獻……………………………………………………………………………………… 358