[00635023]高地应力坚硬顶板自燃煤层沿空留巷关键技术研究与应用

该技术成果属于采矿工程和矿山安全领域。 煤矿普遍存在采掘接替紧张的情况，同时常规工作面布置需留设区段煤柱造成了大量煤炭资源浪费。沿空留巷是缓解矿井采掘接替紧张最有效的方法，并且能够取消取消区段煤柱，提高煤炭采出率。平顶山矿区矿井开采深度普遍超过800m，埋深大地应力高，煤层主要为自燃发火煤层，且部分煤层存在石灰岩坚硬顶板。该项目针对高地应力、坚硬顶板、自燃煤层的特点，围绕切顶卸压沿空留巷理论、自燃煤层沿空留巷采空区自燃发火特征、切顶卸压沿空留巷技术及工艺流程、坚硬顶板切顶卸压技术和采空区防灭火材料和设备等方面开展技术攻关，实现了高地应力坚硬顶板自燃煤层条件下切顶卸压沿空留巷无煤柱开采。 1、项目主要技术内容： (1)确定了基本顶对沿空留巷围岩稳定的影响程度，建立了切顶卸压沿空留巷物理力学模型，提出了基于切断基本顶的切顶卸压沿空留巷理论。 (2)确定了阶段密闭、注氮量、留巷长度、高位钻孔和留巷复用等多种工况条件下切顶卸压沿空留巷采空区自燃发火特征，为自燃煤层切顶卸压沿空留巷采空区自燃发火防治提供了理论依据。 (3)开发了切顶卸压沿空留巷围岩控制技术体系，确定了切顶卸压沿空留巷矿压显现规律，提出了以“超前预裂切缝→顶板补强支护→巷帮挡矸防护→滞后临时支护”为核心的切顶卸压沿空留巷技术及工艺流程。 (4)揭示了坚硬岩层D型聚能管定向断裂爆破成缝机理，研发了坚硬岩层D型聚能管定向断裂爆破切顶技术。 (5)研发了新型低密度干式输送隔离防火充填材料及风动充填设备，为切顶卸压沿空留巷采空区自燃发火防治提供了材料和设备保障。 2、授权专利情况： 获得发明专利7项，实用新型专利1项，发表SCI期刊论文5篇，EI论文1篇，中文核心论文2篇。 3、技术经济指标： (1)巷道掘进率降低40％；(2)留巷后巷道断面达到原断面的80％，满足巷道生产需求；(3)采空区无自燃发火迹象，满足安全生产需求；(4)采出率提高5％，实现无煤柱连续开采；(5)实现Y型通风，消除上隅角瓦斯超限隐患，降低工作面温度、湿度，提高施工人员工作环境。 4、推广应用及效益情况： 项目成果在平顶山天安煤业股份有限公司进行了推广应用，在高地应力、坚硬顶板、自燃煤层、复合顶板、动压巷道等多种条件下均实现了切顶卸压沿空留巷无煤柱连续开采，项目成果降低了巷道掘进率，缓解了矿井采掘接替紧张，满足矿井安全生产需要；提高了矿井采出率，实现无煤柱连续开采；满足了企业降本提效的需求，在周边矿井起引领辐射效应；依托产学研合作，推动复合型人才梯队建设。平顶山矿区应用该技术后，近三年累计新增利润1.08亿元，取得了显著的经济效益和社会效益。