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　　頂板事故起數(shù)和傷亡人數(shù)長期以來一直位居煤礦各類事故首位，巖層破裂還是瓦斯、水害等事故的主要誘因，同時直接影響開采工藝與生產(chǎn)效率，因此，巖層控制是煤礦安全高效開采的核心。由于地下工程的隱蔽性和復雜性，巖層運動規(guī)律難以掌控，是亟待攻克的世界性難題。

　　圖1 大空間覆巖運移連續(xù)監(jiān)測體系

　　目前對于堅硬頂板特厚煤層采場礦壓的研究范圍涉及空間不足，缺乏覆巖整體運移監(jiān)測技術以及適用于研究大空間采場的科學理論，難以準確揭示大空間采場堅硬巖層運動規(guī)律及強礦壓顯現(xiàn)機理，更缺少高位堅硬巖層主動控制技術。針對上述理論與技術難題，同煤集團積極爭取國家、省部重大科技支撐計劃，聯(lián)合科研院校，生產(chǎn)廠家發(fā)揮科技人員的聰明才智和前人豐富成果，對大同礦區(qū)堅硬頂板特厚煤層（15~23m）開采，采場空間大，覆巖擾動范圍廣，頂板的破斷運移及礦壓作用復雜，工作面開采過程中支架壓死、巷道破壞等強礦壓等問題，大膽攻關研究，經(jīng)近十年的不斷創(chuàng)新實踐，研發(fā)出了煤礦大空間采場堅硬巖層控制理論與關鍵技術。該項目不僅解決了大同堅硬頂板特厚煤層復雜開采條件下的工程技術難題，更在攻克巖層運動精準認知和科學預控的世界性難題上取得了突破，具有重要的科學價值。對特厚煤層堅硬復雜巖層控制理論技術具有重要的科學引領示范作用，在礦壓理論、大空間巖層運移原位實測和堅硬巖層控制技術等方面均達到了國際領先水平。

圖2 大空間覆巖破斷結構與礦壓作用規(guī)律

　　同煤集團課題組技術人員介紹，該技術主要取得了以下重要成果：

　　一是揭示了大空間覆巖破斷結構特征。該項目研發(fā)了大空間巖層運動原位監(jiān)測成套技術與裝備，探明了大空間覆巖“懸臂梁+砌體梁+高位結構”的復雜破斷結構特征，掌握了各層位結構失穩(wěn)的礦壓規(guī)律。在攻克巖層運動精準認知的世界性難題上取得重大進展，為大空間采場堅硬巖層控制理論的建立奠定了基礎。

　　二是提出了大空間采場堅硬巖層控制理論。首次定義了大空間采場并劃分為遠場和近場，建立了大空間采場覆巖破斷結構力學模型，闡明了遠、近場結構失穩(wěn)的礦壓作用機制，揭示了大空間覆巖結構失穩(wěn)的強礦壓顯現(xiàn)機理，豐富發(fā)展了礦山壓力與巖層控制理論，為強礦壓防控提供了依據(jù)。

　　三是發(fā)明了地面壓裂堅硬巖層控制采場礦壓的方法。研發(fā)了大型真三軸多功能試驗系統(tǒng)，開展了大尺度（1420×530×420mm）原位試件水力壓裂試驗，揭示了堅硬巖層水壓裂縫擴展規(guī)律；建立了壓裂時空參數(shù)選取準則，開發(fā)了水壓裂縫擴展監(jiān)控技術，研發(fā)了水平井體積壓裂和垂直井分級壓裂技術，構建了煤礦頂板地面壓裂精準控制技術體系，填補了高位堅硬巖層控制的國際空白。

　　四是構建了堅硬頂板遠近場協(xié)同預控技術體系。開發(fā)了井下深孔承壓爆破技術，首創(chuàng)了鏈臂鋸連續(xù)切割、射孔定向造縫的切頂卸壓成套技術與裝備，實現(xiàn)了近場巖層垮落的準確控制；構建了頂板弱化與卸壓開采的遠近場協(xié)同控制技術體系，實現(xiàn)了采場礦壓控制由被動治理向主動預控的轉變。　　

圖3 大型真三軸原位試件水力壓裂試驗

圖4 鏈臂鋸連續(xù)切割成套裝備

　　該項技術不僅在理論方面取得了重大突破，在實際生產(chǎn)應用當中，已在大同千萬噸級厚煤層綜放工作面廣泛應用，創(chuàng)工作面月產(chǎn)151 萬噸，生產(chǎn)煤炭億噸無死亡的世界頂級水平，近三年創(chuàng)造效益16.7億元。