[00936255]煤矿开采沉陷时空协调控制技术及其应用

煤炭资源是一次性非再生战略能源，国家提倡走资源集约化开采和可持续发展之路。长期以来，我国“三下”压煤问题突出（压煤量髙达137.9亿t),常采用传统的条带开采和充填开采方法进行沉陷控制，但资源采出率低、生产不可持续，或成本高、应用受限。另一方面，我国煤层赋存条件复杂多变，特别是倾斜、急倾斜煤层深部开采，沉陷时空变化规律十分复杂，沉陷控制难度大。 为了提高采出率、保障井上下安全、保护生态环境，进行沉陷控制思想和技术创新十分必要。该项目针对倾斜、急倾斜（薄-中-厚-特厚）煤层深部开采条件，创新了技术思路：通过井下开采布局、尺寸、顺序的调整优化，实现移动量和不均匀变形的控制，突破了以资源损失换井上下安全的技术思路，大幅度提高采出率，提出了煤矿开采沉陷预测新方法，创新研发了开采沉陷时空协调控制技术，攻克了倾斜、急倾斜深部沉陷控制与“三下”采煤的难题，取得了如下创新成果： (1)创新研发了急倾斜薄-中厚煤层采区间块段式倾向条带协调开采岩层移动控制技术、急倾斜厚煤层阶段集中与无煤柱延伸开采岩层移动控制技术、急倾斜特厚煤层仰式反斜开采岩层移动控制技术、倾斜煤层协调式跳采全采岩层移动控制技术，构建了倾斜、急倾斜煤层部开采沉陷时空协调控制技术体系。 (2)首次提出了任意倾角煤层、急倾斜特厚煤层、倾斜煤层非充分开采沉陷预测方法，包括采空区矢量法、影响传播角积分法等4种沉陷预测方法，创建了不同倾角，不同煤厚和不同充分度的开采沉陷预测体系。 (3)揭示了倾斜、急倾斜薄-中厚-厚-特厚煤层开采的岩层移动力学机理，得出了岩层移动的传播模式、分区沉陷特征和不同开采阶段地表沉陷的时空变化规律。 (4)构建了可调可旋转、适合不同倾角煤层的开采沉陷相似模拟实验平台，研发了开采沉陷预测分析软件系统，包括倾斜煤层、急倾斜煤层、特厚急倾斜煤层开采沉陷预测和采动损坏等级评价等6个软件。 (5)创新提出了针对密集村庄下地表沉陷控制的矿井开拓布置和采区优化设计方法，构建了基于沉陷时空协调控制技术的新开采系统。 项目成果突破了传统的开采沉陷预测方法和控制技术的局限，填补了国内外急倾斜煤层开采沉陷预测理论的空白。获得省部级科技进步奖7项（中国煤炭工业协会科技进步一等奖2项）、国家发明专利3项、软件著作权6项，发表论文112篇（SCI检索5篇，EI检索20篇），出版专著1部、教材1部。研究成果推动了该领域的科技进步和学科发展。 项目成果应用于不同类型采矿地质条件的京西、窑街、开滦、峰峰和丰城等5个矿区，累计安全采出“三下”压煤2858.84万t,产值282.89亿元（其中创外汇1.59亿美元），新增利润181.45亿元，取得了巨大的经济效益和良好的社会效益，具有广泛的推广应用前景。