面间煤柱与顺槽"掘-充-留"一体化科学问题与技术

• Published in: 煤炭学报 Vol. 49; no. 8; pp. 3291 - 3315
• Main Authors: 王双明, 刘浪, 朱梦博, 蔚保宁, 庄登登, 屈慧升, 何伟, 邵成成, 夏磊, 周静
• Format: Journal Article
• Language: Chinese
• Published: 西安科技大学煤炭绿色开采地质研究院,陕西西安 710054 01.08.2024; 西安科技大学地质与环境学院,陕西西安 710054%西安科技大学能源学院,陕西西安 710054%西安弗尔绿创矿业科技有限责任公司,陕西西安 710054
• Subjects: 巷道留设; large section roadway excavation; 稳定性监测; method of"excavation-backfill-retention"; 面间煤柱; road-way retention; 大断面掘巷; coal-based solid waste; 连续充填; 煤基固废; "掘-充-留"工法; mining roadway; stability monitoring; continuous backfilling
• ISSN: 0253-9993
• DOI: 10.13225/j.cnki.jccs.2024.0592

TD801; 我国将煤炭作为兜底保障能源的局面短期内无法改变,仍将长时间面临煤炭资源保护与煤基固废利用率低的难题.通过创新采掘方法,同时实现提高煤炭资源回采率、规模化处置煤基固废,为煤炭行业绿色可持续发展提供了新途径.在深入调研煤炭资源开采技术发展现状的基础上,提出了煤矿"掘-充-留"掘进新工法.从大断面巷道快速掘进、连续高效充填和巷道安全留设3个方面,通过理论分析、数值模拟等手段,系统论述了"掘-充-留"工法的科学问题和关键技术,研究结果表明:①针对大断面巷道快速掘进、掘进工作面围岩稳定性控制等工程难题,凝练了煤岩特性与掘进机截割参数匹配机制、覆岩载荷空间传递机制与围岩变形机理、锚杆/索-顶板相互作用关系及支护机制3个科学难题,构建了以掘进区地质环境超前实时感知、落-装-运煤多工序智能协同作业、钻锚支架随掘随支围岩时效控制和大断面巷道防漏风及通风优化为核心的技术体系;②从大断面巷道承载体系及时构建及其承载性能调控两个方面凝练了连续高效充填的科学问题,包括充填体-煤层-锚杆/索协同承载机制、多元固废基充填材料水化固结机制,明晰充填体物理力学特性时空演化规律,建立了充填空间安全高效搭建、充填材料工作性能调控、充填材料流动-固结感知为核心的连续高效充填关键技术体系,相关理论与技术的突破可以为充填材料的原材料优选及配比设计、添加剂开发/选型及工作性能调控、掘进速率及充填步距优化设计、充填体固结监测等提供基础理论依据;③基于巷道安全留设及全生命周期内围岩易断裂、易片帮和易损伤等关键难题,阐述了巷道围岩应力场时空分布特征、巷道变形与损伤演化机制、巷道围岩工程质量监测与稳定性调控理论3个科学问题,形成了以巷道围岩稳定性智能预警、巷道围岩变形控制为核心的关键技术体系.开展煤矿"掘-充-留"工法的科学研究与工程示范,实现固废规模化处置-面间煤柱高效回收-顺槽快速掘进的协同,可以推动煤炭行业绿色低碳转型发展.