2018年是我國改革開放40周年。
40a來，煤炭作為我國的主體能源，為社會經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展提供了穩(wěn)定的能源保障。
40a來，我國建成年產(chǎn)120萬t及以上的大型煤礦1200余處，其中，千萬噸級煤礦42處，在建和改擴(kuò)建千萬噸級煤礦37處。原煤產(chǎn)量由1978年的6．2億t增加至2018年的36．8億t(圖1)，增加了近5倍，累計生產(chǎn)煤炭773億t。煤礦百萬噸死亡率則由1978年的9．713降低至2018年的0．093，降低了99%。大型煤炭基地已具規(guī)模，科學(xué)產(chǎn)能穩(wěn)步提升，我國煤炭工業(yè)逐步進(jìn)入了高質(zhì)量發(fā)展軌道。
煤炭科技創(chuàng)新有力支撐了煤炭工業(yè)的快速發(fā)展。其中，煤炭開采與巖層控制作為核心，在基礎(chǔ)理論、關(guān)鍵技術(shù)及工程實踐方面均取得重大進(jìn)展。煤炭開采技術(shù)與裝備是實現(xiàn)煤炭安全、高效、高采出率開采的基礎(chǔ)。
經(jīng)過40a持續(xù)不斷的科研攻關(guān)與創(chuàng)新實踐，我國煤炭工業(yè)實現(xiàn)了由人工采煤、炮采、普采、高檔普采到綜合機(jī)械化開采、自動化開采的跨越，并逐步向智能化開采邁進(jìn)。
綜采是采煤史上的一次重大技術(shù)變革，它將井工煤礦工作面的主要生產(chǎn)環(huán)節(jié)———采、支、運、供電、檢測、通信等有機(jī)結(jié)合、協(xié)同配置，極大地提高了采煤效率與安全。
我國1970年首次進(jìn)行了綜采技術(shù)與設(shè)備的工業(yè)性試驗，70年代中后期引進(jìn)了上百套國外綜采設(shè)備，并根據(jù)我國煤層賦存條件進(jìn)行了自主研發(fā)，使得80年代綜采技術(shù)在我國煤礦得到推廣應(yīng)用，實現(xiàn)了采煤技術(shù)的跨越。針對我國煤炭資源賦存條件，研發(fā)出薄及中厚煤層綜采技術(shù)與成套裝備，厚煤層大采高、超大采高綜采成套技術(shù)與裝備，厚及特厚煤層綜采放頂煤開采技術(shù)與成套裝備等，并針對大傾角、急傾斜、破碎圍巖等復(fù)雜條件進(jìn)行了開采技術(shù)與裝備的創(chuàng)新與實踐，基本形成了具有我國煤炭資源賦存特色的開采技術(shù)與裝備體系。
最近幾年，我國煤礦智能化開采技術(shù)取得快速發(fā)展，開發(fā)出以采煤機(jī)記憶截割、液壓支架自動跟機(jī)及可視化遠(yuǎn)程監(jiān)控為基礎(chǔ)，以生產(chǎn)系統(tǒng)智能化控制軟件為核心的綜采成套裝備智能系統(tǒng)，并在多個礦區(qū)得到成功應(yīng)用。
2018年，我國煤礦智能化工作面已達(dá)到145個。
煤炭生產(chǎn)方式正在由粗放向集約高效方向轉(zhuǎn)變。大型煤炭企業(yè)采煤機(jī)械化程度由1978年的32．3%提高到2018年的96．1%；掘進(jìn)機(jī)械化程度由14．5%提高到54．1%；全國煤礦人均生產(chǎn)效率由137t/a提高到1000t/a，增長了6．3倍。最高年人均效率超過5萬t(神東礦區(qū)補(bǔ)連塔煤礦，原煤工效達(dá)167．8t/工)。
巖層控制技術(shù)是煤炭資源安全、高效開采的保證。巖層控制主要分為兩個方面:采場巖層控制和巷道圍巖控制。在采場巖層控制方面，經(jīng)過40a的攻關(guān)，形成了“砌體梁”、“傳遞巖梁”、“關(guān)鍵層”等國內(nèi)經(jīng)典采場礦壓理論。之后，針對綜放采場的“組合懸臂梁-鉸接巖梁”、淺埋采場的“切落體”等條件的頂板運移理論成果又相繼出現(xiàn)，提高了對采場覆巖運動及礦壓活動的認(rèn)識。圍繞液壓支架與圍巖相互作用關(guān)系，建立了多種力學(xué)模型，提出多個估算液壓支架工作阻力的公式，指導(dǎo)了液壓支架設(shè)計與選型。
開發(fā)出多種采場礦壓監(jiān)測預(yù)警系統(tǒng)，能實時監(jiān)測液壓支架工作阻力、頂板下沉量、超前支承壓力和煤柱應(yīng)力等多個參數(shù)，為了解采煤工作面礦壓顯現(xiàn)規(guī)律提供了基礎(chǔ)。針對堅硬頂板條件，開發(fā)出爆破、注水軟化、水力壓裂等弱化技術(shù)；針對破碎頂板和煤層，開發(fā)出多種加固材料與技術(shù)。這些采場巖層控制理論和技術(shù)對我國煤礦采場頂板管理起到重要作用。
在巷道圍巖控制方面，40a來逐步由原來的木支護(hù)、砌碹支護(hù)、型鋼支護(hù)發(fā)展到錨桿支護(hù)。錨桿支護(hù)經(jīng)歷了從低強(qiáng)度、高強(qiáng)度到高預(yù)應(yīng)力、高剛度、強(qiáng)力支護(hù)的發(fā)展歷程。目前已形成具有中國特色的錨桿支護(hù)成套技術(shù)體系，錨桿支護(hù)成為我國煤礦巷道的主體支護(hù)方式。針對破碎圍巖巷道，開發(fā)出多種注漿加固技術(shù)；針對高應(yīng)力巷道，開發(fā)出水力壓裂、爆破等卸壓技術(shù)，提出支護(hù)—改性—卸壓“三位一體”圍巖控制理念，為復(fù)雜困難巷道支護(hù)提供了有效途徑。
此外，小煤柱沿空掘巷技術(shù)、無煤柱沿空留巷技術(shù)在適宜的條件下得到推廣應(yīng)用，在提高煤炭資源采出率、減少掘進(jìn)工程量、解決高瓦斯礦井通風(fēng)與瓦斯問題等方面起到良好作用。
沖擊地壓災(zāi)害防治一直是巖層控制研究的難點和熱點。40a來，針對煤巖體沖擊傾向性、沖擊地壓發(fā)生機(jī)理、沖擊地壓監(jiān)測、預(yù)警及防治等，開展了連續(xù)不斷的攻關(guān)研究，基本建立了我國煤礦沖擊地壓理論與技術(shù)體系。研究成果在我國深部、高應(yīng)力、強(qiáng)采動等沖擊地壓礦井得到推廣應(yīng)用，對控制沖擊地壓災(zāi)害起到了重要作用。
地表沉陷控制和生態(tài)環(huán)境保護(hù)是煤炭開采必須面臨的問題，我國建(構(gòu))筑物、水體及鐵路下(簡稱“三下”)壓煤量約140億t，約95%以上生產(chǎn)礦井存在“三下”壓煤，影響了礦井正常生產(chǎn)布置。煤炭開采帶來的水資源破壞和生態(tài)損害成為煤炭行業(yè)的突出問題。
開采沉陷理論和特殊采煤技術(shù)作為解放“三下”壓煤儲量、采煤沉陷區(qū)治理及生態(tài)環(huán)境修復(fù)的理論基礎(chǔ)，經(jīng)過改革開放40a的持續(xù)科研攻關(guān)與創(chuàng)新實踐，形成了具有中國特色的特殊采煤技術(shù)體系，并逐步向安全、綠色和無損害發(fā)展。
伴隨充填減沉開采、控水開采、保水開采等一系列特殊采煤技術(shù)的成功應(yīng)用，礦區(qū)生態(tài)環(huán)境得到了有效改善，為煤炭綠色開采奠定了基礎(chǔ)。
40a來，我國煤炭開采與巖層控制技術(shù)取得重大突破，為煤炭工業(yè)的發(fā)展作出歷史性貢獻(xiàn)。在這個過程中，眾多的科研單位、大專院校、煤炭企業(yè)、設(shè)備與產(chǎn)品廠家等均參與其中，作出了各自的貢獻(xiàn)。筆者來自于煤炭科學(xué)研究總院開采研究分院(原煤炭科學(xué)研究總院北京開采研究所)，主持和參與了一些科研攻關(guān)項目。
為此，本文基于筆者所在單位取得的科研成果，回顧改革開放40a來，我國煤炭開采與巖層控制技術(shù)的發(fā)展歷程，介紹綜采與綜放開采技術(shù)與裝備、采場與巷道圍巖控制、沖擊地壓防治、特殊開采及礦區(qū)生態(tài)環(huán)境保護(hù)理論與技術(shù)等方面的成果，并對煤炭開采與巖層控制技術(shù)的發(fā)展進(jìn)行展望。
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