[00903619]大倾角煤层矸石自承载沿空留巷技术研究

四川省倾角大于35°的煤炭占资源总量的60%，远远高于全国35%的平均占比，而大倾角煤层无煤柱开采理论及技术相对滞后，严重影响了煤炭资源的回采率、威胁着煤矿企业的安全生产。 为此，针对四川省广旺能源发展（集团）有限责任公司唐家河煤矿大倾角煤层开采围岩控制、沿空留巷关键技术等理论和技术难题，联合重庆大学煤矿灾害动力学与控制国家重点实验室、重庆交通大学、河北工程大学、四川省煤炭产业集团有限责任公司，采用理论分析、试验研究、数值模拟和现场实践相结合的方法进行科技攻关，取得了以下创新性成果： （1）通过相似材料模拟和FLAC3D数值模拟揭示了大倾角煤层走向、倾向矿山压力动态分布规律；建立了矸石的PFC颗粒流仿真模型，得到了单一粒径和Talbot级配矸石承载性能在时间上可分为矸石大变形自组织平衡阶段、破碎变形压密阶段和固结增阻阶段等三个阶段；在空间上可分为自组织平衡区、咬合破碎区和固结区；建立了垮落矸石自由滚动/滑落冲击挡矸装置理论模型，得到了垮落矸石对巷旁支护冲击力的计算公式。研究成果为矸石自承载沿空留巷支护技术提供了理论依据。 （2）建立了沿空留巷技术适应性分析的因素集，包括：煤层倾角、采高、巷道埋深、直接顶影响系数、直接顶岩性和顶板完整性；建立了V级制的沿空留巷适应性评价集；通过层次分析法计算了适应性因素的权重系数，发现了煤层倾角、煤层厚度、顶板完整性对沿空留巷适应性起主要作用；通过分析全国145条沿空留巷巷道6个主要影响因素和留巷方式，提出了每个评价等级各个因素的指标取值范围和最佳沿空留巷方式；通过模糊综合评价法建立了大倾角煤层沿空留巷技术适应性的定量评价标准，制定了科学合理的评价体系。 （3）基于理论和实验研究结果，提出了大倾角煤层矸石自承载沿空留巷时空协同支护体系，具体为：高帮采用11#工字钢点柱支撑顶板和挡矸；高帮顶板布置一排锚索梁，起加强支护顶板和固定工字钢点柱上端的作用；工字钢点柱下端由U形无腿棚固定，并于距底板1m位置布置锚杆梁锁住工字钢点柱；工字钢后采用钢网、废旧皮带等挡矸和密闭瓦斯；采用单体支柱进行20m超前、滞后加强支护。研究成果实现了大倾角煤层安全高效的无煤柱开采。 项目获权发明专利2项、实用新型专利1项，申请专利1项，在《采矿与安全工程学报》、《Arabian Journal of Geosciences》等国内外权威期刊发表SCI、EI论文7篇，培养博士2人、硕士2人、工程技术人员60余人。 研究成果在唐家河煤矿11841和31648综采工作面、贵州金泰煤矿成功应用，新增利润3377.2万元，目前已推广至广旺公司赵家坝煤矿、广能公司龙门峡南矿、达竹公司铁山南煤矿，产生了显著的经济和社会效益。