放煤规律与智能放煤(精)

1 绪论 1.1 放顶煤开采科技进展 1.1.1 放顶煤开采科技成果 放顶煤开采技术是开采厚煤层的有效方法，实现了厚煤层一次采全高开采，是开采厚煤层的一项革命性技术，解决了厚煤层分层开采时上分层遗留煤柱导致的应力集中、采空区易发火、下分层巷道支护困难、首采分层瓦斯相对涌出量大、产量低、成本高等难题。我国从1982年开始研究正规长壁工作面综合机械化放顶煤开采技术，40年来取得了巨大成功和重大科技创新，放顶煤开采技术已经成为我国开采厚煤层的主要方法，也是我国在世界煤炭开采行业的标志性技术。1964年法国首先在中南部煤田的布朗齐煤矿试验成功了综合机械化放顶煤开采技术，之后在苏联、南斯拉夫、罗马尼亚、匈牙利等地得到了推广应用。当时放顶煤开采技术主要用于边角煤和煤柱开采，并不作为正规采煤法进行应用，*高月产只有4.96万t（法国的布朗齐煤矿）。我国从1982年开始试验放顶煤开采技术，1984年**个缓倾斜特厚煤层综合机械化放顶煤开采工艺与装备在沈阳蒲河煤矿进行井下工业试验，由于支架设计不合理和采空区发火，工业试验未成功。1985～1986年，在甘肃窑街矿务局二矿进行了急倾斜特厚煤层水平分段综合机械化放顶煤开采工业试验，取得成功[1]。1990年以后，我国的放顶煤开采技术进入了创新发展的快车道，在适用的煤层条件、支架与配套装备、开采工艺、岩层控制技术、理论研究等方面取得了重大创新，使放顶煤开采技术获得了突破性进展并大范围应用，取得了举世瞩目的成绩。可以说，综合机械化放顶煤开采技术原理起步于欧洲，但是放顶煤开采技术的发展和创新，真正发挥这项技术的优势，以及开展大规模工程实践和应用是由我国实现的。 我国开始试验放顶煤开采技术的早期，由于资金紧张、认识不足以及技术水平欠缺等，一些煤矿企业试验和应用了单体支柱炮采放顶煤开采技术、普采放顶煤开采技术、悬移支架放顶煤开采技术、轻型综采支架放顶煤开采技术等，由于上述放顶煤开采技术的支架阻力偏低，对采场围岩控制效果不好，影响了工作面正常采放循环，使放顶煤开采技术的优势并未得到充分发挥，工作面产量较低。近20年来，各煤矿企业广泛采用综合机械化放顶煤开采技术，而且支架趋于重型化、大型化，支架额定工作阻力逐渐增大。目前放顶煤支架*大采高达7m，支架额定工作阻力*大达21000kN。支架的架型也从早期的四柱式发展到四柱式与两柱式并存。走向长壁放顶煤开采的煤层厚度*大可达20m，煤层倾角*大可达60°，工作面的采高从2m到7m，工作面产量*大可达1500万t/a。对于煤层厚度大于20m的急倾斜煤层，开发了水平分段放顶煤开采技术，工作面产量可达400万t/a。应用放顶煤开采技术的开采深度为100～1000m，煤层单轴抗压强度可达35MPa，放顶煤开采技术在我国展现出了巨大的优势和广泛的适用范围。2004年我国放顶煤开采技术和装备输出到澳大利亚，2006年在澳斯达煤矿投入应用，建起了澳大利亚**个放顶煤工作面。除澳大利亚外，印度、土耳其、俄罗斯等国也有个别煤矿在应用放顶煤开采技术，并进行了一些基础研究[2-4]。关于放顶煤开采技术的发展历程在《放顶煤开采基础理论与应用》一书中有详细介绍[5]。 我国放顶煤开采技术的创新发展离不开科技支撑，2000年以来，全国共获得与放顶煤开采相关的国家科学技术进步奖7项，其中一等奖1项、二等奖6项，见表1-1。这些国家科学技术进步奖反映了我国在不同时期放顶煤开采技术取得的一些重要进展，包括开采理论、技术与装备。 据不完全统计，我国已经出版放顶煤方面的学术图书40余部，见表1-2。这些图书中，有一些是偏于基础理论的，如《放顶煤开采基础理论与应用》（王家臣，张锦旺，王兆会著，2018）、《综放开采顶煤顶板活动规律的研究与应用》（闫少宏，富强著，2003）、《放顶煤开采理论与技术》（靳钟铭著，2001）、《放顶煤开采基础理论》（于海勇，贾恩立，穆荣昌著，1995）；有一些是偏于工程实践的，如《大采高自动化综放开采技术》（刘克功著，2009）、《厚煤层全高开采新论》（赵景礼著，2004）、《综合机械化放顶煤开采技术》（樊运策等著，2003）、《现代放顶煤开采理论与实用技术》（孟宪锐，李建民著，2001）；也有一些是具体矿区放顶煤技术的归纳总结和提炼，如《大同矿区特厚煤层综放开采理论与技术》（于斌，刘长友著，2014）、《兖州矿区综合机械化放顶煤开采的实践与认识》（吴则智著，1997）。 通过中国知网检索分析，1982～2022年主题包含“综放”或“放顶煤”发表在北大核心及以上期刊的论文5316篇。其中主要主题分布和次要主题分布见图1-1。 统计SCI数据库1982～2022年主题为“top coal caving”（放顶煤）的学术论文共475篇，图1-2是发表“top coal caving”主题的SCI论文数量*多的前10位作者的发文量。统计EI数据库1982～2022年主题为“top coal caving”的期刊及会议论文共946篇，图1-3是发表“top coal caving”主题的EI论文数量*多的前10位作者的发文量。 上述的国家科学技术进步奖、出版的图书和发表的学术论文，反映了我国以及世界范围内近40年来在放顶煤开采领域所做的工作和取得的学术成果，当然这些统计不一定全面，也不一定精准，但是可以看出放顶煤开采的学术研究、科技进展与创新的概貌。发表SCI、EI论文数量*多的前10位作者均为我国作者，其中本书作者团队成员占50%，见图1-2、图1-3中名字标为粗体的作者。在发表“top coal caving”主题的SCI论文数量*多的前20位作者中，只有2位国外作者，这也说明我国在放顶煤开采领域的学术研究处于国际领先和主导地位。 1.1.2 放顶煤开采科技与工程问题 放顶煤开采技术除与综采技术有一些共性问题外，还有一些特有的科技与工程问题[5]。