我国煤矿开采技术发展现状及方向-宋院士PPT文档格式.ppt

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实现煤炭安全高效开采，有效地控制环境灾害，最大实现煤炭安全高效开采，有效地控制环境灾害，最大限度地采出煤炭资源是我国能源安全和国民经济发展限度地采出煤炭资源是我国能源安全和国民经济发展保障体系建设中的重中之重。

保障体系建设中的重中之重。

惟真惟真求新求新矿矿山山灾灾害害预预防防控控制制重重点点实实验验室室我国煤炭开采理论我国煤炭开采理论发展的成就发展的成就惟真惟真求新求新矿矿山山灾灾害害预预防防控控制制重重点点实实验验室室2.1理论发展成就理论发展成就上区段工作面上区段工作面h1h2h3H新开工作面新开工作面h1垮落带高度；

垮落带高度；

h2裂缝带高度；

裂缝带高度；

h3连续弯曲带高度；

连续弯曲带高度；

H埋深埋深采空区采空区推进方向推进方向新开工作面巷道新开工作面巷道介质属性复杂介质属性复杂开采扰动强烈开采扰动强烈应力分布复杂应力分布复杂开采空间范围大开采空间范围大我国我国“实用矿山压力控制理论实用矿山压力控制理论实用矿山压力控制理论实用矿山压力控制理论”，从研，从研究的系统性、深度、体系的完整性，以究的系统性、深度、体系的完整性，以及用以指导开采实践取得的成就走在世及用以指导开采实践取得的成就走在世界的前列。

界的前列。

惟真惟真求新求新矿矿山山灾灾害害预预防防控控制制重重点点实实验验室室1.针对煤矿采场不断推进的工程特点，以及实现煤矿安全高效开采针对煤矿采场不断推进的工程特点，以及实现煤矿安全高效开采必须面对复杂多变的地理环境和煤层地质条件的现实，明确了理论必须面对复杂多变的地理环境和煤层地质条件的现实，明确了理论建设的指导思想和体系，科学的定义了相关学术名词和术语，正确建设的指导思想和体系，科学的定义了相关学术名词和术语，正确的阐述了相应的基本概念。

主要成果包括：

的阐述了相应的基本概念。

（1）严格的区分和定义了严格的区分和定义了“矿山压力矿山压力矿山压力矿山压力”（促使围岩向已采空间运（促使围岩向已采空间运动的力）和动的力）和“矿山压力显现矿山压力显现矿山压力显现矿山压力显现”（在矿山压力作用下产生的围岩破坏（在矿山压力作用下产生的围岩破坏及支架受力现象）两个基本概念，正确的指出及支架受力现象）两个基本概念，正确的指出“矿山压力矿山压力”存在的存在的绝对性绝对性（采动即有）和（采动即有）和“矿山压力显现矿山压力显现”的的相对性相对性，以及矿山压力，以及矿山压力控制（设计）的目标就是把控制（设计）的目标就是把“矿山压力显现矿山压力显现”控制在安全上可靠、控制在安全上可靠、技术上可能、经济上合理的范围。

技术上可能、经济上合理的范围。

惟真惟真求新求新矿矿山山灾灾害害预预防防控控制制重重点点实实验验室室

（2）正确指出由于采场不断推进，无论是正确指出由于采场不断推进，无论是“矿山压力矿山压力矿山压力矿山压力”还是还是“矿矿矿矿山压力显现山压力显现山压力显现山压力显现”都在不断发展变化之中，它的变化是有规律的，这个都在不断发展变化之中，它的变化是有规律的，这个规律是岩层运动和破坏决定的。

明确的提出矿山压力控制研究必须规律是岩层运动和破坏决定的。

明确的提出矿山压力控制研究必须以以“岩层运动为中心岩层运动为中心”，把不同采动条件下覆岩运动和支承压力大，把不同采动条件下覆岩运动和支承压力大小分布范围及其发展变化的规律，包括相关动态结构模型的建小分布范围及其发展变化的规律，包括相关动态结构模型的建设和相关结构参数的确定放在首要地位。

设和相关结构参数的确定放在首要地位。

（3）正确指出任何开采深度条件下，影响正确指出任何开采深度条件下，影响“矿山压力显现矿山压力显现矿山压力显现矿山压力显现”的岩的岩层范围是层范围是有限的有限的，即采动破坏失去向四周支承传递作用力的岩层，即采动破坏失去向四周支承传递作用力的岩层（直接顶）和保持了传递作用力联系，运动时对矿压显现明显影响（直接顶）和保持了传递作用力联系，运动时对矿压显现明显影响的岩层（老顶）两个部分；

的岩层（老顶）两个部分；

可知的可知的，即通过岩层动态监测可以确，即通过岩层动态监测可以确定；

定；

可变的可变的，即可通过采动条件的变更加以改变。

，即可通过采动条件的变更加以改变。

惟真惟真求新求新矿矿山山灾灾害害预预防防控控制制重重点点实实验验室室（4）对于可能垮坍的冒落岩层（直接顶）一般只能取坚决顶住，即对于可能垮坍的冒落岩层（直接顶）一般只能取坚决顶住，即“给定载荷给定载荷”的控制方案，对的控制方案，对“老顶老顶”相关岩层的运动，则可以根据安全相关岩层的运动，则可以根据安全可靠、技术可能、经济合理的原则和相应的力学保证条件，分别采取可靠、技术可能、经济合理的原则和相应的力学保证条件，分别采取“给定变形给定变形”，即将作用力完全转移给四周支承体上，和，即将作用力完全转移给四周支承体上，和“限定变形限定变形”，即将沉降限定到要求状态（位态）两种方案。

明确指出对于老顶相关岩即将沉降限定到要求状态（位态）两种方案。

明确指出对于老顶相关岩层的运动，不分条件地采用强顶硬抗的控制方案是不科学的、错误的。

层的运动，不分条件地采用强顶硬抗的控制方案是不科学的、错误的。

2.根据安全高效开采，特别是顶板冲击地压、瓦斯煤层突出、透水突水根据安全高效开采，特别是顶板冲击地压、瓦斯煤层突出、透水突水及开采沉陷灾害有效控制的目标，建立、发展并逐步完善了以及开采沉陷灾害有效控制的目标，建立、发展并逐步完善了以“采动覆采动覆岩运动和支承压力分布岩运动和支承压力分布”为核心的采场结构力学模型和各类重大事故控为核心的采场结构力学模型和各类重大事故控制决策结构力学模型体系，以及相关结构参数确定的方法、数学力学模制决策结构力学模型体系，以及相关结构参数确定的方法、数学力学模型的建设。

把煤矿安全高效生产，特别是重大事故的控制决策从型的建设。

把煤矿安全高效生产，特别是重大事故的控制决策从统计经统计经验验推进到针对具体煤层条件推进到针对具体煤层条件科学定量科学定量的发展阶段。

的发展阶段。

惟真惟真求新求新矿矿山山灾灾害害预预防防控控制制重重点点实实验验室室

（1）科学的界定了采场结构力学模型的内涵和结构模型的结构组成特科学的界定了采场结构力学模型的内涵和结构模型的结构组成特征。

创造性的针对定量控制设计需要，把采场推进过程中分布在四周煤征。

创造性的针对定量控制设计需要，把采场推进过程中分布在四周煤壁上的支承压力分为煤壁已进入破坏，其受力由工作面长度等采动条件壁上的支承压力分为煤壁已进入破坏，其受力由工作面长度等采动条件确定的确定的“结构拱结构拱”内岩层运动决定的内岩层运动决定的“内应力场内应力场”和和“结构拱结构拱”内、外内、外参与运动的岩层作用力决定的参与运动的岩层作用力决定的“外应力场外应力场”两个部分。

两个部分。

工作面工作面惟真惟真求新求新矿矿山山灾灾害害预预防防控控制制重重点点实实验验室室

（2）正确的指出采场结构模型（包括结构组成和相关结构参数）随采正确的指出采场结构模型（包括结构组成和相关结构参数）随采场推进处于不断发展变化之中，并从控制的差异出发，界定了场推进处于不断发展变化之中，并从控制的差异出发，界定了“第一次第一次来压来压”和和“正常推进正常推进”两个发展阶段，并深入揭示了两个发展阶段动态两个发展阶段，并深入揭示了两个发展阶段动态结构模型的结构组成和结构参数运动发展的规律。

结构模型的结构组成和结构参数运动发展的规律。

推进方向岩层运动和支承压力发展规律推进方向岩层运动和支承压力发展规律惟真惟真求新求新矿矿山山灾灾害害预预防防控控制制重重点点实实验验室室

（2）正确的指出采场结构模型（包括结构组成和相关结构参数）随采正确的指出采场结构模型（包括结构组成和相关结构参数）随采场推进处于不断发展变化之中，并从控制的差异出发，界定了场推进处于不断发展变化之中，并从控制的差异出发，界定了“第一次第一次来压来压”和和“正常推进正常推进”两个发展阶段，并深入揭示了两个发展阶段动态两个发展阶段，并深入揭示了两个发展阶段动态结构模型的结构组成和结构参数运动发展的规律。

“内应力场内应力场”发展演化规律发展演化规律S岩梁SASiSmaxL0IIabC01C02C03HgL0L0LiLi1L0剖面IIL（T）LVp岩梁I岩梁惟真惟真求新求新矿矿山山灾灾害害预预防防控控制制重重点点实实验验室室（3）在深入揭示动态结构模型发展规律，特别是支承压力分布和岩在深入揭示动态结构模型发展规律，特别是支承压力分布和岩层运动关系的基础上，创造性提出了通过层运动关系的基础上，创造性提出了通过“矿山压力显现矿山压力显现”推断支承压推断支承压力分布（包括分布范围及力分布（包括分布范围及“内应力场内应力场”、“外应力场外应力场”及应力高峰位置）及应力高峰位置）预测采场顶板来压的预测采场顶板来压的“井下岩层动动态观测研究方法井下岩层动动态观测研究方法”，并成功研究相，并成功研究相关监测仪表测试系统，较好的解决了通过现场实测确定相关结构参数问关监测仪表测试系统，较好的解决了通过现场实测确定相关结构参数问题。

题。

惟真惟真求新求新矿矿山山灾灾害害预预防防控控制制重重点点实实验验室室3.通过大量现场事故案例分析和成功的控制实践，深刻揭示重大事故与通过大量现场事故案例分析和成功的控制实践，深刻揭示重大事故与生产现场生产现场“采场结构模型采场结构模型”建设关系的研究基础上，在推进重大事故控建设关系的研究基础上，在推进重大事故控制决策模型体系的建设研究方面取得了重大进展。

制决策模型体系的建设研究方面取得了重大进展。

u顶板灾害控制顶板灾害控制直接顶直接顶第一岩梁第一岩梁第二岩梁第二岩梁采场顶板控制结构模型组成及分类采场顶板控制结构模型组成及分类惟真惟真求新求新矿矿山山灾灾害害预预防防控控制制重重点点实实验验室室有有“内应力场内应力场”的结构力学模型的结构力学模型a.a.a.a.单岩梁老顶结构单岩梁老顶结构单岩梁老顶结构单岩梁老顶结构b.b.b.b.多岩梁老顶结构多岩梁老顶结构多岩梁老顶结构多岩梁老顶结构惟真惟真求新求新矿矿山山灾灾害害预预防防控控制制重重点点实实验验室室无无“内应力场内应力场”的结构力学模型的结构力学模型a.a.a.a.单岩梁老顶结构单岩梁老顶结构单岩梁老顶结构单岩梁老顶结构b.b.b.b.多岩梁老顶结构多岩梁老顶结构多岩梁老顶结构多岩梁老顶结构惟真惟真求新求新矿矿山山灾灾害害预预防防控控制制重重点点实实验验室室直接顶厚度确定直接顶厚度确定a.a.理论判定理论判定b.b.实测推断实测推断采场结构参数确定采场结构参数确定惟真惟真求新求新矿矿山山灾灾害害预预防防控控制制重重点点实实验验室室老顶厚度确定老顶厚度确定a.实测推断实测推断单一岩梁和多岩梁上覆岩层结构组成情况及其采场矿压显单一岩梁和多岩梁上覆岩层结构组成情况及其采场矿压显现如图现如图aa、图、图bb所示所示惟真惟真求新求新矿矿山山灾灾害害预预防防控控制制重重点点实实验验室室b.b.理论判定理论判定挠度法挠度法相邻岩层同时运动（组成同一岩梁）则：

相邻岩层同时运动（组成同一岩梁）则：

相邻岩层分别运动（构成不同岩梁）则：

裂断步距法裂断步距法惟真惟真求新求新矿矿山山灾灾害害预预防防控控制制重重点点实实验验室室支架支护方案确定支架支护方案确定a.a.工况方案工况方案直接顶：

给定载荷直接顶：

给定载荷老顶：

可老顶：

可给定变形给定变形也可也可限定变形限定变形b.b.控制目标和准则控制目标和准则直接顶：

对下位岩梁限定变形定载荷，上位岩梁给定变形定缩量老顶：

对下位岩梁限定变形定载荷，上位岩梁给定变形定缩量以防止坚硬岩梁动态冲击要求对下位岩梁限定变形定阻力、对上以防止坚硬岩梁动态冲击要求对下位岩梁限定变形定阻力、对上位岩梁给定变形定缩量位岩梁给定变形定缩量支架设计参数确定支架设计参数确定惟真惟真求新求新矿矿山山灾灾害害预预防防控控制制重重点点实实验验室室支架支护强度和支护阻力支架支护强度和支护阻力支架缩量支架缩量惟真惟真求新求新矿矿山山灾灾害害预预防防控控制制重重点点实实验验室室u瓦斯灾害控制瓦斯灾害控制31

（1）

（1）瓦斯灾害预测和控制的模型及控制准则瓦斯灾害预测和控制的模型及控制准则事故灾害原因：

事故灾害原因：

工作面及相关回风巷道中聚集的瓦斯浓度工作面及相关回风巷道中聚集的瓦斯浓度超限是瓦斯事故灾害的根源超限是瓦斯事故灾害的根源事故灾害实现条件：

事故灾害实现条件：

采动空间聚集的瓦斯浓度超限，有充采动空间聚集的瓦斯浓度超限，有充足的氧气和有明火引爆（三者缺一不可）是瓦斯爆炸灾害发生足的氧气和有明火引爆（三者缺一不可）是瓦斯爆炸灾害发生的条件。

的条件。

事故灾害预测和控制控制准则：

了解和掌握不同开采模式条件下采掘工作面推进可能发生瓦了解和掌握不同开采模式条件下采掘工作面推进可能发生瓦斯事故的地点以及相关的瓦斯涌出量的重大差异是正确选择开采斯事故的地点以及相关的瓦斯涌出量的重大差异是正确选择开采模式的基础。

模式的基础。

惟真惟真求新求新矿矿山山灾灾害害预预防防控控制制重重点点实实验验室室32单单一一重重力力应应力力场场中中掘掘进进回回采采巷巷道道模模型型在在构构造造破破坏坏的的复复合合应应力力场场中中掘掘进进回回采采巷巷道道惟真惟真求新求新矿矿山山灾灾害害预预防防控控制制重重点点实实验验室室2022/11/2233

（1）冲击地压原因及实现条件冲击地压原因及实现条件冲击地压概念：

冲击地压概念：

冲击地压是采动空间周边煤岩在矿山压冲击地压是采动空间周边煤岩在矿山压力作用下以煤岩突出力作用下以煤岩突出（高速喷出高速喷出）为特征的矿山压力动力显为特征的矿山压力动力显现，是煤矿重大事故灾害。

现，是煤矿重大事故灾害。

冲击地压发生原因：

在储存高强度压缩弹性能的煤岩中，在储存高强度压缩弹性能的煤岩中，特别是能量聚集的部位开掘巷道和推进回采工作面，引发特别是能量聚集的部位开掘巷道和推进回采工作面，引发弹性能的释放。

弹性能的释放。

冲击地压的动力源及其影响因素：

u冲击地压（煤与瓦斯突出）灾害控制冲击地压（煤与瓦斯突出）灾害控制惟真惟真求新求新矿矿山山灾灾害害预预防防控控制制重重点点实实验验室室34a煤煤层压缩弹性能性能开采深度愈大，覆岩强度愈高（即允许的悬露面积愈开采深度愈大，覆岩强度愈高（即允许的悬露面积愈大），受压煤层储存聚集的高强度压缩弹性能的可能性将大），受压煤层储存聚集的高强度压缩弹性能的可能性将愈大。

愈大。

b顶底板岩层弯曲（压缩）弹性能顶底板岩层弯曲（压缩）弹性能惟真惟真求新求新矿矿山山灾灾害害预预防防控控制制重重