[01665104]大采高复合煤壁非同步片帮关键理论与防控技术

项目所属科学技术领域：煤矿开采和矿山压力工程 立项背景：①地质赋存：大采高复合煤壁不同于理想化均质煤壁，多煤层复合或煤层与夹矸层复合是回采一线经常接触客观实体且表现出“量大面广”分布特征；②生产条件和研发背景：大采高开采必然带来工作面装备大型化、采动影响剧烈化和矿山压力显现严重化，加之煤系地层复合板状展布结构的常态化出现，传统煤壁片帮诱发机理和防控技术难以形成对大采高复合煤壁新的片帮形式——非同步片帮之科学解释和有效控制，亟待理论创新和技术突破。 主要技术内容：该项目主要适用于煤系地层厚及中厚煤层大采高工作面安全开采，为复合煤壁非同步片帮提供原创理论诠释和关键技术指导。主要技术内容：①大采高复合煤壁横向非同步扩容特征的试验研究；②复合煤壁损伤破裂（断）声发射特征的试验测定；③复合煤壁分层弱化理论的提出和创建；④煤壁灾变程度的分形量化；⑤复合煤壁“多条带双向可移动护帮装置”差异调控机制；⑥大采高复合煤壁恶性片帮防控技术。 主要创新点：①基于复合煤壁横向非同步扩容特征及不同分层破裂（断）时空差异，提出并创建了大采高复合煤壁分层弱化理论，揭示了等值弱化、增强弱化、突变弱化和逆向弱化的时序排列和空间关联，直观阐释了大采高复合煤壁非同步片帮力学行为的特异性。②CT扫描提取大采高复合煤壁裂隙网络的空间几何形貌，采用分形维数算法开展不同分层灾变程度量化分析和分区评估，形成大采高复合煤壁非同步损伤动态响应机制和关联评估体系。③发明了“多条带双向可移动”护帮装置，论证了复合煤壁差异调控机制：每一条带均可垂直升降和水平伸缩，以适应和满足复合煤壁软弱分层垂向标高变化；相邻条带亦可拆分组合以适应软弱分层厚度需求。④提出了基于液压支架“固-液”两相严重故障无损检测的大采高复合煤壁恶性片帮防控技术，首次将超声相控阵无损探伤技术引入煤矿开采领域并应用于液压支架固体构件损伤检测，结合自主研发YHX型液压系统泄漏故障现场检测，实现了大采高复合煤壁恶性片帮事故的有效防控。 技术经济指标：①研究成果出版专著2部、发表学术论文15篇（SCI或EI检索9篇）、获授权发明专利8项、实用新型专利14项、软件著作权2项；②“多条带双向可移动”护帮装置的最大护帮高度可达2.5m，条带浮动间隙可达0.8m；②实现了液压支架“固-液”两相严重故障的快速检测，邢东矿115架液压支架最快检测速度缩减至52分钟。 应用推广及效益情况：该项目首先在该省冀中能源邢东矿开展前期试验应用，后续推广到开滦矿区东欢坨矿和荆各庄矿，与此同时在山西岚县昌恒矿、中煤华昱南阳坡矿、山西山阴朱和咀矿、安徽恒源祁东矿和任楼矿等省外煤矿开展推广应用。提供的应用证明表明，项目研究成果提升了回采一线技术人员对复合煤壁非同步片帮的理论认知，实现了大采高复合煤壁非同步片帮的有效防控，加快了工作面推进速度，累计新增销售额7.39亿元，新增利润2.59亿元。