本书详细介绍了安全高效综放开采的相关理论与技术，主要内容包括：综放开采基本理论及关键技术、大倾角煤层安全高效综放开采技术、“三软”煤层安全高效综放开采技术、含硬夹矸煤层安全高效综放开采技术、特厚煤层安全高效综放开采技术等。本书所述内容是作者近年来在综放开采方面科研成果及实践经验的总结，具全面性、新颖性。 本书可供从事采矿工程专业研究的科研人员及相关工程技术人员参考。

煤炭资源的安全高效开采是我国煤炭工业的发展方向。我国厚煤层储量丰富,可采储量占全国煤炭总可采储量的45%左右,每年由井工开采的厚煤层产量占全国煤炭总产量的40%~50%,因此,厚煤层的安全、高效、高回收率开采对于我国煤炭工业的发展具有重要影响。

综放开采技术是实现厚及特厚煤层高效集约化生产最有效的方法之一。近20年来,综采放顶煤技术在我国的迅猛发展和广泛应用,为企业创造了巨大的效益,为煤炭工业的发展作出了重大贡献,其主要技术经济指标达到国际先进水平,放顶煤技术处于国际领先水平,已经成为一种安全高效的采煤方法。目前,我国年产600万~1000万t及以上具有国际领先技术水平的安全高效矿井和综采工作面都是在厚煤层开采条件下实现的,其中综放工作面发展迅速。1998年全国综放产量达到7000万t,在全国64个百万吨综采队中,综放队有22个,其中有9个队达到年产200万t以上,占全国年产200万t以上综采队的81.8%,最高工效达181t/工。1999年,兖矿集团综放队年产量达到530万t,刷新了该队1998年创造的501万t的全国纪录。2002年至2005年兖矿集团综放队年产量连续超过600万t,其中2004年达到658万t的历史最好成绩。2008年,兖矿集团兴隆庄煤矿大采高综放工作面

采出率达89.99%,最高达91.97%,工作面生产能力平均达到62.82万t/月,最高达到66万t/月。潞安王庄煤矿大采高综放工作面采出率达到91.6%,最高92.1%,具备了年产800万t的生产能力。大同塔山矿开采石炭纪3-5# 合并煤层,平均厚18.44m,2009年工作面月产超过100万t,最高月产131.2万t,采出率超过80%。

综放开采技术的广泛应用和发展,促进了相关理论与技术的研究,理论与技术的研究成果又推动了综放开采技术的不断完善和发展。我国有关专家学者在放顶煤开采的理论与技术研究方面取得了丰硕的研究成果,从而使得综放开采的理论与技术体系不断丰富和完善。

本书即是本研究团队十多年来在综放开采方面的主要研究成果。本书分为十章,包括绪论、综放开采煤岩破断冒放的块度理论、综放开采顶煤的变形失稳规律及支架与围岩关系、综放开采顶煤的放出规律、提高综放开采采出率的理论与技术、“三软”复杂结构特厚煤层综放开采技术、极松软大倾角厚煤层综放开采关键技术、大采高综采放顶煤开采技术、自动化综采放顶煤开采技术和露井联采千万吨超长综放工作面开采技术等,是综放开采理论与技术的新近研究成果,体现了综放开采的研究前沿和发展方向。

本书内容的研究工作和出版得到了国家自然科学基金项目(50774079)、江苏省高校优势学科建设工程项目(PADD)、中央高校基本科研业务费专项资金项目(2010QNA32)、山东省自然科学基金项目(ZR2010EQ002)的资助。

本研究成果是研究团队与煤炭企业产学研合作的成果。感谢研究团队的邹喜正教授在有关研究中给予的指导和帮助,感谢研究生李红涛、李永明、王振、刘奎、王君、王美柱、刘跃俊、李磊、王云祥、王晓、裴梦松、杨敬轩、郭卫彬、张宁波、陈宝宝等所做的有关研究工作。感谢兖矿集团、潞安集团、中煤平朔煤炭集团、徐州矿务集团、河南神火煤电集团、河南义马煤业集团等的有关领导和所属有关煤矿、技术和科技管理部门的有关领导和工程技术人员,正是有了你们的大力支持和密切合作,保障了各项研究工作的顺利完成。

由于作者水平所限,书中难免出现错误和不当之处,敬请同行专家和读者给予批评指正。

著 者

2013年8月

1 绪论………………………………………………………………………………………… 1

1.1 综放开采技术的发展及应用……………………………………………………… 1

1.2 综放开采理论与技术研究现状…………………………………………………… 2

1.3 综放开采技术的发展趋势………………………………………………………… 6

2 综放开采煤岩破断冒放的块度理论……………………………………………………… 8

2.1 综放开采煤岩的破裂与运移规律………………………………………………… 8

2.2 综放面支承压力分布规律………………………………………………………… 18

2.3 顶煤破断块度分布规律…………………………………………………………… 30

2.4 顶煤放落流动规律………………………………………………………………… 35

2.5 煤矸块度对顶煤放落及混矸的影响……………………………………………… 38

2.6 煤岩冒放成拱及可放出性………………………………………………………… 39

2.7 煤岩破断冒放的块度理论框架…………………………………………………… 48

3 综放开采顶煤的变形失稳规律及支架与围岩关系……………………………………… 50

3.1 综放开采顶煤的变形失稳规律…………………………………………………… 50

3.2 两柱掩护式综放支架与围岩相互作用关系……………………………………… 56

4 综放开采顶煤的放出规律………………………………………………………………… 69

4.1 低位综放开采散体煤矸流动特征………………………………………………… 69

4.2 大采高综放开采放煤步距对混矸及顶煤放出率的影响………………………… 69

4.3 大倾角厚煤层综放开采放煤方式对煤矸放落规律的影响……………………… 72

4.4 采放比对顶煤放出规律及效果的影响…………………………………………… 84

4.5 大块度顶煤对放煤的影响规律…………………………………………………… 92

4.6 低位综放开采顶煤放出率与含矸率关系………………………………………… 94

4.7 合理放煤工艺参数的确定原则…………………………………………………… 98

5 提高综放开采采出率的关键技术……………………………………………………… 100

5.1 影响综放开采采出率的因素…………………………………………………… 100

5.2 特厚煤层综放开采提高末采期间顶煤回收率技术…………………………… 103

5.3 综放工作面端头区顶煤回收技术……………………………………………… 112

5.4 复杂条件下特厚煤层综放开采提高采出率技术……………………………… 119

5.5 风氧化带厚煤层综放开采控制混矸提高回收率技术………………………… 136

5.6 提高盘(采)区煤炭回收率技术………………………………………………… 139

6 “三软”复杂结构特厚煤层综放开采技术……………………………………………… 159

6.1 “三软”复杂结构特厚煤层的赋存特征………………………………………… 15

6.2 复杂结构厚煤层综放开采顶煤的破断特征…………………………………… 160

6.3 顶煤中赋存硬层煤矸条件下的力学模型分析………………………………… 164

6.4 复杂结构特厚煤层综放开采顶煤的破断失稳规律…………………………… 166

6.5 复杂结构特厚煤层综放开采顶煤的冒放规律………………………………… 175

6.6 提高复杂结构煤层顶煤冒放性的技术措施…………………………………… 186

6.7 现场应用………………………………………………………………………… 187

7 极松软大倾角厚煤层综放开采关键技术……………………………………………… 189

7.1 煤层地质条件…………………………………………………………………… 189

7.2 极松软大倾角厚煤层综放开采设备选型配套………………………………… 190

7.3 大倾角松软厚煤层综放面设备稳定性控制…………………………………… 194

7.4 大倾角松软厚煤层综放面端面围岩控制……………………………………… 204

7.5 大倾角松软厚煤层综放开采的煤矸流动规律………………………………… 206

7.6 大倾角松软厚煤层综放面矿压显现规律……………………………………… 221

7.7 现场应用………………………………………………………………………… 224

8 大采高综采放顶煤开采技术…………………………………………………………… 227

8.1 大采高综放开采的技术优势…………………………………………………… 227

8.2 大采高综放开采放煤口参数分析……………………………………………… 228

8.3 大采高综放开采煤矸流场特征………………………………………………… 229

8.4 大采高综放工作面设备配套…………………………………………………… 234

8.5 大采高综放面矿压规律………………………………………………………… 252

8.6 大采高综放支架的稳定性和适应性…………………………………………… 270

8.7 现场应用………………………………………………………………………… 273

9 自动化综放开采技术…………………………………………………………………… 285

9.1 潞安王庄煤矿自动化综放开采技术…………………………………………… 285

9.2 兖矿澳思达煤矿自动化综放开采技术………………………………………… 305

10 露井联采千万吨超长综放工作面开采技术…………………………………………… 314

10.1 工作面地质赋存条件…………………………………………………………… 314

10.2 特厚煤层千万吨超长综放工作面成套设备…………………………………… 319

10.3 特厚煤层超长综放面矿压规律与支架适应性………………………………… 331

10.4 特厚煤层超长综放面煤矸放出规律及放煤方式……………………………… 344

10.5 特厚煤层超长综放面回采工序与设备配套协调性…………………………… 347

10.6 效益分析………………………………………………………………………… 356

参考文献……………………………………………………………………………………… 358