[00927079]大倾角煤层长壁工作面综合机械化开采技术和装备

该项目属于矿业工程领域，是四川省重点科技项目计划(07GG010-007)。大倾角煤层是指埋藏倾角为35°-55°的煤层，约占中国煤炭储量的15％-20％和产量的5％-10％，50％以上为保护性开采的稀缺煤种。大倾角煤层是国际采矿界公认的难采煤层，工作面顶底板和设备稳定性控制困难，工人作业环境恶劣、劳动强度大，安全事故频发，资源采出率低，百万吨死亡率达4.0以上，是国内外综合机械化开采(简称综采)的“技术禁区”。该项目以大倾角煤层走向长壁综合机械化开采岩层控制和开采方法理论研究为基础，攻克了综采系列关键技术，自主研发、制造了综采成套装备，建立了完善的工作面安全防护系统，形成了大倾角煤层走向长壁综采理论与技术体系。主要科学技术内容和成果：1.首次定义了大倾角煤层概念并给出了工程解释，开拓了复杂埋藏条件煤层开采科学研究和工程应用新领域。建立了大倾角煤层长壁开采空间结构模型和“顶板(R)-支架(S)-底板(F)”系统动力学模型，揭示了大倾角煤层开采围岩“关键层”区域转换及岩体结构变异机理，发展了岩层控制“关键层”理论，奠定了大倾角煤层综采方法研究、关键技术攻关、成套装备研制和围岩灾害防治理论基础。2.提出了工作面“大范围岩层控制”和“顶板-支架(装备)-底板”系统完整性与动态稳定性控制方法，攻克了单一薄及中厚煤层开采、厚煤层大采高开采、特厚煤层放顶煤开采、煤层群联合开采系列关键技术，有效解决了“支架-围岩”系统动态稳定难题，资源回收率提高30％-40％，全面提高了大倾角煤层走向长壁综采技术水平。3.以提高“三机”(支架、采煤机、输送机)系统动态稳定性为核心，研制了适用于煤层倾角35°-55°(局部60°)、煤层厚度0.8-12.0m的走向长壁工作面综合机械化开采成套装备，提高了复杂埋藏条件煤层长壁工作面综采装备水平。4.以保障工作面上下端头安全畅通、防止开采过程中“飞矸”伤人和降低工人劳动强度、改善作业环境为目标，建立了“空间分隔、顶底兼顾”的工作面全方位立体防护体系，解决了大倾角煤层开采过程中安全防护难题，百万吨死亡率降低90％以上；提高了工作面安全保障水平。5.提出了大倾角煤层长壁工作面开采回采巷道多介质结构耦合支护理论与技术，解决了非对称载荷场内异形断面巷道支护难题，保证了综采工作面正常快速推进，为提高工作面产量和效率创造了有利条件。项目获省部级科学技术奖一等奖3项、二等奖2项，发明专利2项，实用新型专利12项，发表论文71篇；新增产值260多亿元，利税67亿多元，从根本上解决了大倾角煤层综采难题，促进了中国乃至世界煤炭行业技术进步，具有重要的理论价值和实际意义，其成套技术除在四川、甘肃、新疆、黑龙江、北京、宁夏、重庆、山西、贵州等省(区，市)的20多个矿井推广使用外，还被俄罗斯、乌兹别克斯坦等国家引进，经济与社会效益显著。