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【科技日报】创立浅埋煤层岩层控制理论 支撑大煤田安全绿色开采

  1. 发布时间:2017-7-7 23:03:52
  2. 字号:
  3. 作者:李 杰
  4. 来源:科技日报
  5. 点击数:1907

创立浅埋煤层岩层控制理论 支撑大煤田安全绿色开采

——记西安科技大学黄庆享教授团队重大成果

西安科技大学黄庆享教授

我国西部神府东胜煤田探明储量2236亿吨,占全国探明储量的15%,为世界七大煤田之一。煤田内建设有2个亿吨级特大型煤炭基地,对国家经济建设具有重要支撑作用。但是,神府东胜煤田埋藏浅,覆岩薄,地表为厚沙土和黄土层,生态环境脆弱。浅埋煤层开采面临的突出问题是:采场顶板压力迅猛,严重威胁安全高效开采;地表破坏明显,煤炭开采与环境保护矛盾突出。要实现安全、高效、绿色开采,必须攻克浅埋煤层岩层控制理论难题。

西安科技大学黄庆享教授团队伴随神府东胜煤田开发,开始了长达22年的潜心研究,先后获得5项国家自然科学基金等15项课题资助,不断创新,引领浅埋煤层岩层控制理论与技术发展,有力支撑了浅埋大煤田的安全高效绿色开采。

创立理论,开辟岩层控制新领域

自1993年神府东胜煤田开发之初,黄庆享就主持了该煤田首采工作面采前模拟实验,发现了顶板“台阶下沉”现象,拉开了研究的序幕。1998年完成博士论文,2000年出版《浅埋煤层长壁开采顶板结构与岩层控制研究》专著。以单一关键层台阶下沉和双关键层大小周期来压为标志,提出了浅埋煤层和近浅埋煤层定义;建立了顶板初次来压的“非对称三铰拱”和周期来压的“台阶岩梁”结构理论,发展了砌体梁理论,揭示了顶板滑落失稳来压机理;测定了关键块端角挤压和端角摩擦系数,促进了顶板结构分析的定量化;提出了支架“给定失稳载荷”工作状态,建立了采场支架合理工作阻力确定的新方法,为采场支护提供了依据。

2001年后,在国家自然科学基金资助下,黄庆享团队开发动态载荷实验,测定了松散层在顶板结构的载荷传递规律,提出了载荷传递因子,揭示了顶板动载机理,得到广泛采用。这项研究推动了浅埋煤层顶板动态结构理论发展,破解了浅埋煤层顶板动压控制难题。

对此,李洪昌教授在《煤炭学报》撰文评价“开辟了岩层控制新领域”;钱鸣高院士评价,填补了国内外空白,并将“浅埋煤层岩层控制”设新章编入2003版他主编的国家规划教材《矿山压力与岩层控制》,在全国得到广泛的知识传播。

攻克难题,开拓保水开采新方向

2004年后,黄庆享带领团队面向“浅埋煤层开采与环境保护”难题,在教育部新世纪人才支持计划和国家自然科学基金资助下,提出了浅埋煤层隔水关键层概念,揭示了“上行裂隙”和“下行裂隙”发育规律,建立了隔水层稳定性判据,提出了“自然保水开采、限高保水开采和特殊保水开采”分类。这些研究,奠定了绿色(保水)开采的理论基础。

2010年浅埋煤层岩层控制技术被编入袁亮院士主编的《煤矿总工程师》技术手册,标志着理论和技术的成熟 ,在工程技术界得到广泛应用。

不断创新,引领浅埋岩层控制发展

随着大采高技术的普及和保水开采技术的发展,浅埋煤层岩层控制面临新的挑战。

2011年后,黄庆享在国家自然科学基金项目资助下,突破传统认识,提出了“等效直接顶”概念,建立了大采高“高位台阶岩梁”结构理论和煤壁“柱条”模型,丰富和发展了浅埋煤层大采高岩层控制理论,为大采高工作面顶板支护和片帮控制提供了科学依据。

以陕北普遍存在的风积沙为骨料,黄庆享带领团队开发了高沙充填材料,建立了条带充填隔水层稳定性判据,提出了“柔性条带”充填保水开采方法,出版了《浅埋煤层条带充填保水开采岩层控制》专著,发展了浅埋煤层保水开采岩层控制理论和技术。

团队在实践中应用上述理论,结合神府矿区煤层赋存条件,开发了综采工作面初采、末采、过薄基岩、过空巷、架后悬顶处理等采场岩层控制技术,保障了安全正常生产;提出了煤巷“极限平衡圈”支护理论,开发了井下立交巷道施工和支护技术,系统解决了巷道支护问题,提高了掘进速度。

22年研究,支撑大煤田开采出成果

黄庆享带领“浅埋煤层开采与环境保护”创新团队,历时22年潜心研究,开辟了浅埋煤层岩层控制新领域,不断引领浅埋煤层岩层控制理论与技术发展。鉴于黄庆享在浅埋煤层领域的创新与贡献,2014年被授予“全国优秀教师”荣誉称号,2015年入选“百千万人才工程国家级人选”,2016年被国务院批准享受政府特殊津贴。

迄今为止,团队在浅埋煤层岩层控制领域发表论文80余篇,出版专著3部,代表性论著20篇他引1200多次,单篇他引高达268次。“浅埋煤层采场老顶结构分析”2014年入选《煤炭学报》创刊50周年百篇最具影响力学术论文。浅埋煤层岩层控制理论分别编入国家规划教材《矿山压力与岩层控制》和《煤矿总工程师技术手册》,填补了理论空白,得到广泛应用,有力支撑了我国浅埋大煤田的安全高效绿色开采。“浅埋煤层岩层控制理论及其应用”达到国际领先水平,荣获2016年度陕西省科学技术一等奖。

相关链接:

http://digitalpaper.stdaily.com/http_www.kjrb.com/kjrb/html/2017-07/07/content_373278.htm?div=0





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  • 编辑:李波