特厚坚硬煤层分层综放开采关键技术研究.pdf

第21卷 第2期 岩石力学与工程学报 212 273～279 2002年2月 Chinese Journal of Rock Mechanics and Engineering Feb.， 2002 2000 年 11 月 30 日收到初稿，2001 年 2 月 13 日收到修改稿。 作者 张顶立 简介男，38 岁，1995 年于中国矿业大学采矿工程系采矿工程专业获博士学位，现任副教授，主要从事隧道及地下工程方面的教学和 研究工作。 特厚坚硬煤层分层综放开采关键技术研究特厚坚硬煤层分层综放开采关键技术研究 张顶立 1 何佐德2 董伟君2 陆文才2 毛廷育2 李 祥2 1北方交通大学隧道及地下工程试验研究中心 北京 100044 2宁夏太西集团有限责任公司 石嘴山 753000 摘要摘要 通过对特厚坚硬煤层综放开采技术的系统分析，指出提高坚硬顶煤的冒放性和瓦斯的综合治理是该条件下 综放开采所面临的主要技术难题。在对特厚坚硬顶煤结构及破碎特点分析的基础上，提出了提高坚硬顶煤冒放性 的主要技术途径和措施，在宁夏太西集团白芨沟矿煤层特厚、坚硬、顶板坚硬、高瓦斯和浅埋深条件下，成功地 进行了分层综放开采的实践，达到了工作面年产 150104 t 的生产水平。在该条件下实现了综放开采技术的突破， 取得了预期的效果。 关键词关键词 特厚坚硬煤层，分层综放开采，关键技术，冒放性，支架选型 分类号分类号 TD 823.254 文献标识码文献标识码 A 文章编号文章编号 1000-6915200202-0273-07 1 引引 言言 随着综放开采技术向深层次发展，其使用范围 也逐渐扩大。对于特厚煤层，通常采用分层综放开 采，我国已成功地应用分段综放开采急倾斜特厚煤 层，前南斯拉夫艾维林矿区曾采用分层综放开采厚 度达 150 m 的缓倾斜褐煤层。然而，在缓倾斜特厚 坚硬煤层条件下，综放开采在国内外尚无成功的先 例。 宁夏太西集团白芨沟煤矿 2煤层赋存稳定，平 均厚度在 20 m 以上，煤质坚硬，硬度系数 f 3.8～ 5.2，顶板为厚层砂岩。该矿自投产以来，一直采用 分层综采，传统的采煤工艺严重制约了企业经济效 益的提高。鉴于综放开采在厚煤层开采中特殊的高 效益，太西集团公司于 1998 年提出对白芨沟矿 2 煤层综放开采的可行性进行研究。 白芨沟矿 2煤层以其煤层坚硬、特厚、顶板坚 硬、高瓦斯和浅埋深的显著特点，在世界范围内尚 无成功进行综放开采的先例，无成熟的经验可以借 鉴。为此，本文基于白芨沟矿 2煤层综放开采的工 程条件，对特厚坚硬煤层综放开采的相关技术问题 进行了系统深入的研究，制定了相应的技术措施， 并直接用于工程实践，以形成特厚坚硬煤层条件下 综放开采的系统关键技术。 2 特厚坚硬煤层综放开采的主要技 术难题 特厚坚硬煤层综放开采的主要技 术难题 综放开采时，顶煤的冒放性直接影响到顶煤的 回收率。因此，特厚坚硬煤层综放开采所面临的主 要技术难题是如何提高坚硬顶煤的冒放性。具体包 括以下几个方面 1 在矿山压力自然破碎条件下坚硬顶煤的块 度分布状况，以及与开采条件的关系。 2 坚硬顶煤综放支架选型及阻力的确定，尤 其是如何实现支架的辅助破煤功能。 3 坚硬顶煤的浸水特性，以及煤层注水预裂 破碎顶煤的可行性和注水参数的确定。 4 坚硬煤层深孔预裂爆破的作用机理、钻孔 布置方式以及爆破参数的确定。 5 工作面浅孔预裂爆破的钻孔布置方式、装 药方式、装药量及封孔方式。 6 综放开采条件下瓦斯治理的综合技术。 由以上分析可见，白芨沟矿 2煤层综放开采关 274 岩石力学与工程学报 2002年 键技术的研究应以提高坚硬顶煤的冒放性为核心， 它将直接影响到该项技术应用的成败。同时考虑到 实行综放开采后，煤层开采强度增大，瓦斯的绝对 涌出量增加，对瓦斯的有效治理也是高瓦斯煤层条 件下综放开采成功的重要保证。因此，有效地提高 坚硬顶煤的冒放性并对瓦斯综合治理即可在该条件 下成功地进行综放开采。 3 特厚坚硬煤层综放开采可行性分析特厚坚硬煤层综放开采可行性分析 鉴于顶煤冒放性在特厚坚硬煤层综放开采中的 重要性，本文重点就坚硬顶煤的破碎特点及冒放性 方面，对综放开采的技术可行性进行分析。 3.1 坚硬煤层的结构及力学特性坚硬煤层的结构及力学特性 顶煤破碎的实质是微裂隙的发育和裂隙贯通， 由此，贯通裂隙的密度和方向即决定了顶煤破碎后 的分布状况。坚硬煤层具有强度高、结构致密、裂 隙及层节理不发育且贯通程度较差、渗水性较差等 特点，并且通常具脆性，如图 1 所示。正是这些特 点决定了坚硬煤层难以破碎，造成综放开采时顶煤 冒放性较差，进而影响到顶煤的回收率。 a 成层结构 b 致密结构 图 1 坚硬煤层微观结构分析 Fig.1 Microstructure analysis of hard coal sample 为合理确定坚硬煤层注水参数，在实验室进行 了煤样注水试验，将煤样分为 3 组第 1 组为自然 状态样，第 2，3 组为自然浸水样，其中第 2 组浸水 11 d，第 3 组浸水 22 d。 根据煤样浸水试验结果，煤样浸水 11 d，其单 向抗压强度明显降低，最大强度降低率为 54.1； 浸水 22 d 后煤样的单向抗压强度降低远不如浸水 11 d 时显著，降低率仅为 5～10，有些煤样甚至 没有降低。 试验中还发现，浸水煤样产生的声响及试验机 的振动均比自然状态的煤样小，破碎后的块度也小 于自然煤样，其破坏类型为剪切型。 为深入分析煤层浸水对其强度影响的实质，对 煤样浸水前后微观结构的变化进行了电镜分析。浸 水后，煤体层面裂隙增大，孔隙增多，气孔也增多， 如图 2 所示。 图 2 煤样浸水后微观结构的电镜分析 Fig.2 Electronic-mirror analysis of microstructure of hard coal sample after saturation 由于坚硬煤层内仍然存在着大量的孔隙，即可 以认为煤层具有可注水性，因此，在选择合理的注 水时间和注水压力等参数后，可以取得较好地注水 预裂破煤效果。 3.2 坚硬顶煤的破碎特点及冒放性评价坚硬顶煤的破碎特点及冒放性评价 顶煤由完整煤体直到呈散体煤放出，其间经历 了复杂的力学过程，一般认为，顶煤先后经历了支 承压力、顶板活动和支架反复支撑的作用[1]，破坏 逐渐发展。 对于坚硬煤层，由于其强度较高而且层、节理 通常不发育，顶煤的自然破碎效果相对降低，可能 出现大块而影响正常放出，进而影响到煤炭的采出 率。这也是白芨沟矿推行综放开采所面临的主要技 术难题之一。 3.2.1 顶煤冒放性评价指标和准则 评价和预测顶煤的冒放性是确定是否采用综放 开采技术的依据， 也是工艺设计和支架选型的基础。 因此，国内外不少学者对此进行过研究，并提出了 多种分类方法[2 ～4]。这对推广综放开采工艺具有一 定的指导作用。由于目前的分类，多是基于自然破 碎顶煤的条件，对采取预处理措施后可能取得的放 a 成层结构体层面 裂缝明显加大 b 煤中形成破碎区 第 21 卷 第 2 期 张顶立等. 特厚坚硬煤层分层综放开采关键技术研究 275 顶煤效果缺乏深入的研究，因而对某些煤层冒放性 的预测和评价往往与实际情况相差较大，甚至起到 了误导的作用。事实上，顶煤的冒放性是相对的， 如对于较坚硬的煤层， 若层、 节理特别发育且性脆， 或采取有效的预处理措施后，则可使其变为可放煤 层；而对于强度并不大的煤层，由于煤层的层、节 理极不发育而且埋深小、厚度特大，这时顶煤的冒 放性也相对变差。此外，煤层开采参数，如工作面 长度、推进方向、开采高度以及巷道是否沿空等都 会对顶煤的冒放性造成影响。 因此，在对顶煤的冒放性评价时，煤层开采条 件及参数与煤层自然条件是同样重要的，离开实际 的工程背景对顶煤的冒放性进行分析和评价无实际 意义。鉴于此，可分以下 3 个层次对顶煤的冒放性 进行评价 1 基于煤层的自然条件，对综放开采的可行 性进行粗略的估计，以此对顶煤的冒放性有一个大 致的了解。 2 将煤层埋藏条件与实际的工程背景相结 合，并考虑采取某些工艺上的辅助破煤措施后，对 顶煤的冒放性进行预测，至此，仅需考虑技术上的 可行性。 3 根据第 2 层次的分析，需对顶煤进行预处 理，包括为提高顶煤冒放性所进行的工程项目的技 术难度和合理性，这时，除进行技术上的分析外， 还应进行经济合理性的比较，最终形成对综放开采 可行性的综合评价。 由于不同层次顶煤冒放性评价所考虑的内容和 范围不完全一致，因此，各阶段所需的评价指标也 不尽相同第 1 层次评价时，主要考虑煤层的自然 赋存条件；第 2 层次评价时，还应考虑支架的选型 和参数，以及辅助破煤工艺措施的有效性；第 3 层 次评价时，还应考虑提高顶煤冒放性工程措施的技 术可行性和经济合理性。由此可见，只有遵循上述 3 个层次对顶煤的冒放性进行评价才是合乎实际 的。 3.2.2 下分层综放开采的顶煤破碎特点 由坚硬顶煤的破碎特点可知，对于 20 m 以上 特厚坚硬煤层，采用整层综放开采在技术上存在较 大难度，因此宜考虑分层综放开采的方案。由此， 不可避免地会出现冒落矸石下综放开采的条件。 下分层综放开采的岩层活动及矿压显现既不同 于倾斜分层综采的中、下分层开采，也不同于整层 或顶分层综放开采，主要表现为静载荷增加、动 载荷减少以及来压步距减小[5]，并且矿压显现不明 显。由此改变了顶煤的破碎过程，下分层综放开采 层间顶煤的冒放性受许多因素的影响，主要包括顶 分层开采的影响、支承压力的减弱、再生顶板的参 与、支架辅助破煤作用的改变以及顶板活动过程的 影响等。其中有些因素对顶煤的破碎是有利的，有 些则是不利的，而层间顶煤的最终破碎效果则取决 于各因素的综合作用。对于白芨沟矿煤层及顶板坚 硬和浅埋深的特点，下分层综放开采顶煤的冒放性 将较顶分层综放开采降低。因此，对下分层综放开 采顶煤破碎特点和冒放性的研究将更为重要。 3.2.3 白芨沟矿 2 煤层顶煤冒放性评价 白芨沟矿 2 煤层赋存较为稳定，平均厚度为 21 m，煤层倾角为 4 ～12 ，平均为 8 ，煤层中普 遍发育 2 层厚度较大的夹矸层。在此，基于白芨沟 矿南二和南四采区的条件，按上述 3 个层次对顶煤 的冒放性进行分析和评价。 分析结果表明，该煤层在矿山压力的作用下冒 放性较差，不适宜综放开采。若一次采放煤层厚度 不超过 6 m分 3～4 个分层，选用高强度、高阻力 支架并辅以常规的措施，可以实现综放开采。当一 次采放厚度在 6～7 m 以上时，则需要采取弱化顶 煤强度、增大顶煤受载等措施，改变顶煤的性质和 结构，以增大煤壁前方的塑性区范围和顶煤的冒放 性。但这时需进行某些辅助破碎顶煤的工程项目， 还需进行经济合理性的评价和分析。 由对坚硬顶煤破碎特点的分析， 白芨沟矿 2 煤 层采用 2 个或 3 个分层综放开采在技术上都是可行 的，但在经济上采用 2 个分层更为合理。因此，宜 首先进行 2 个分层综放开采的试验，视其效果确定 合理的开采模式。 4 提高坚硬顶煤冒放性的主要技术措 施 提高坚硬顶煤冒放性的主要技术措 施 4.1 提高顶煤冒放性的技术思路提高顶煤冒放性的技术思路 针对不同的煤层及顶板条件，提高顶煤的冒放 性包括两个方面对于松软破碎顶煤应做到有效地 控制端面冒顶，而对于坚硬顶煤则应是提高顶煤的 破碎程度，相应减小放出顶煤的块度，从而提高回 收率。 顶煤冒放性差通常是由支承压力偏低或煤层强 度偏高所致[6]，因此，提高坚硬顶煤的冒放性也应 276 岩石力学与工程学报 2002年 从增大载荷和降低煤层强度两个方面考虑，其技术 思路为 提高坚硬顶煤冒放性的主要技术措施包括选 择合理的巷道布置方式及采放工艺、对坚硬顶煤及 顶板进行预处理、选择高强度、高阻力综放支架以 及在必要时使用破碎剂等。 由于对顶煤冒放性的分析和评价分为不同的层 次，因此在制定提高顶煤冒放性的技术措施时也应 分不同的层次进行考虑，即优先考虑那些技术上易 于实现、投入资金相对较少、对生产影响较小，同 时又是安全可靠性较高的措施。在所选措施不能奏 效时，再考虑进一步的措施。 对于白芨沟矿 2煤层综放开采的实际条件，选 择提高顶煤冒放性技术措施的顺序应是支架选型 及工艺技术措施→工作面内局部范围的浅孔预裂爆 破技术→工作面两巷内煤层注水及深孔预裂爆破→ 专用巷道内煤层注水及深孔预裂爆破技术→专用巷 道内坚硬顶板的弱化技术等。 4.2 综放开采支架的选型与设计综放开采支架的选型与设计 1 支架阻力的确定 基于综放采场上覆岩层复合结构以及松软顶煤 改变“支架-围岩”关系的观点[1 ，7]，可确定出该条 件下综放支架的工作阻力为 4 953 kN，可见，该煤 层条件下支架所受载荷通常不会超过 5 000 kN，若 考虑 1.1 的支架受载不均匀性系数，则支架的工作 阻力确定为 5 500 kN。鉴于坚硬顶煤的实际条件， 支架的初撑力可适当降低， 有利于顶煤的早期下沉， 但据大量实测结果[1]，支架所达到的工作阻力与初 撑力呈线性关系增长，而支架工作阻力的增大对坚 硬顶煤的破碎是有利的，同时也为了避免坚硬顶板 的冲击影响，因此宜采用较高的初撑力值，可设计 为工作阻力值的 85～90， 其值为 4 800 kN 左右。 2 支架形式和参数的确定 我国近 20 a 综放开采的实践表明，低位放顶煤 支架具有较好的适应性。因此，根据白芨沟矿 2煤 层及其顶板条件，并参照类似条件下综放开采的实 践经验，建议选用低位、支撑掩护式、正四连杆、 尾梁插板的形式作为工作面基本支架，端头及过 渡支架宜选用反四连杆机构。合理的支架工作阻力 为 5 000～5 500 kN，初撑力为 4 800 kN 左右。 根据以上分析，同时考虑到支架设计的系列化 要求， 最终选定 ZFSB5400-17/33 型低位放顶煤支架 作为基本支架， ZTFC5400-20/33 型支架作为过渡支 架，ZT18000-20/33 型支架作为端头支架。 4.3 煤层超前预注水软化顶煤及效果分析煤层超前预注水软化顶煤及效果分析 4.3.1 超前注水弱化煤体的理论分析 1 水压力对煤岩体的破坏作用 挤入煤岩体内的水压力随裂隙深度的增加及裂 隙粗糙度的增大而衰减。承压水挤入裂缝的深度为 p p k B x 0 ln 1 式中B为裂缝宽度，k为裂隙面的粗糙度系数， 0 p 为初始水压力。 当水压力p降到0.098 MPa时，裂隙将不再扩 展，这时裂隙的发育深度为 ln32. 2 0 p k B x−− 2 由式2可知， 原始水压越大， 则挤入裂缝越深； 而裂隙的宽度越大，裂隙面的粗糙度越小，则裂缝 的深度也越大。可见，仅凭水压力的作用挤入煤岩 体而产生的裂隙深度是很小的，只有当煤岩体中存 在较大宽度的裂隙或构造时，水流才可大量渗入， 从而达到预裂煤岩体的目的。 试验研究与理论分析表明，超前工作面注水使 煤岩体中潜在的原生裂隙进一步扩展贯通，并溶化 了裂隙的骨架结构，降低了煤岩体的强度，而仅靠 注水难以在原来完整的岩体中产生大范围的次生裂 隙。但如果煤岩体中导通的裂隙大，则压力水将沿 主裂隙大量流出，难以形成更多的次生贯通裂隙。 因此，在注水软化煤体时，既要充分利用超前支承 压力的预压裂煤体，同时又要使注水期间煤体中的 裂隙不致于大量贯通。这就要求选择合理的注水位 置和注水时间，并设计出合理的注水压力和方式。 2 水对煤岩体强度的影响 改变开采工艺，增大kγH，相应增加 支承压力的预破煤作用。 预处理某些坚硬顶板岩层，相应增 大顶板活动的再破煤作用。 选用高强度、高阻力支架，加强支 架的辅助破煤作用。 煤层超前预注水，降低煤层强度， 破坏顶煤的完整性。 深浅孔预裂爆破， 增加顶煤中的裂 隙密度，破坏顶煤的整体性。 优化采放工艺，充分利用顶煤破坏 发展的时空关系，提高破碎效果。 增 大 载 荷 降 低 强 度 提 高 顶 煤 冒 放 性 第 21 卷 第 2 期 张顶立等. 特厚坚硬煤层分层综放开采关键技术研究 277 同样是由于压力水的影响，煤岩体的强度为 ϕ ϕα sin1 sin 2 − − p RR CW 3 式中α 为等效孔隙压力系数，它取决于岩石的孔 隙、裂隙发育程度，0≤α ≤1。 可见，水力压裂作用使煤岩块的粘聚力减少了 ϕαtan p，单向抗压强度减小了 ϕ ϕα sin1 sin 2 − p 。注水 使煤岩体的弹性模量也明显降低，并与实验结果相 吻合。 4.3.2 顶煤注水方案及注水参数设计 煤层注水的目的在于弱化煤体和降低粉尘，通 常宜采用工作面上方专用注水巷进行注水的方案， 并且与深孔预裂爆破工艺相结合则更为合理。 注水钻孔长度及间距的确定应以充分预裂和松 动煤体为原则。钻孔的注水量取决于煤层注水后所 增加的水分含量，鉴于该煤层的孔隙率较小，同时 根据实验结果对煤层吸水率的测定，拟确定该煤层 注水后煤层水分的增加幅度为0.6～1.0， 由此可 确定相应的注水量。一般来说，当注水孔一定时， 流量越大，注水压力越高。当高压水压裂煤体后， 注水压力会降低，并基本维持一个相对值不变。 煤层注水主要包括打钻孔、封孔和注水三项主 要工序。封孔长度以6 m为宜，鉴于煤体浸水10 d 左右强度降低最多， 工作面的日推进度为4～6个循 环，即2.4～3.6 m，同时考虑到下分层综放开采支 承压力的集中程度较小， 因此宜超前煤壁40～80 m 开始注水。 4.4 深深浅浅孔预裂爆破顶煤方案设计孔预裂爆破顶煤方案设计 依据顶煤坚硬程度、破碎后的块度状况以及分 布范围的不同，可分别对顶煤实行浅孔辅助爆破和 深孔预裂爆破，或将两者适当地结合，以取得最佳 的破煤效果。 4.4.1 预裂爆破破碎顶煤的基本原理 由于煤体破坏过程中的能量吸收与碎片表面积 的增加成比例，因此对于坚硬顶煤，使其固有裂隙 扩展所需的外力或外力功相应增大[8]，即顶煤的充 分破碎取决于外力对顶煤所提供的能量。 爆破是顶煤破碎能量补偿的一种重要形式，当 它所提供的能量满足裂隙扩展的基本条件时，即可 起到预裂破碎顶煤的作用，并以裂隙自由表面拉破 坏为特征，进而造成既有裂隙的扩展或新裂隙的产 生，从而达到预裂破碎顶煤的目的。 4.4.2 工作面内浅孔爆破方案设计 工作面浅孔爆破以松动顶煤为目的，因此钻孔 的装药量要适当，并采用分段装药的方式。爆破钻 孔布置在支架之间且在前梁位置，通常情况下，在 顶煤特别坚硬的局部地段每天布置一排钻孔，并安 排在检修班进行爆破，以尽量减小对工作面生产的 影响。 钻孔深度以距煤层顶板网下假顶1.0～1.5 m 为宜，并且在距支架顶梁1.5 m以下的顶煤不宜爆 破，以此来确定装药方式和装药量。视顶煤的完整 性不同，每孔装药3～8块。采用5段毫秒延期雷 管，5个炮眼为一组，正向装药，串联起爆。 4.4.3 专用工艺巷内深孔预裂爆破方案设计 在采取诸如浅孔爆破、煤层超前注水以及某些 工艺技术措施后，仍不能取得满意效果的情况下， 则可考虑超前工作面深孔预裂爆破与煤层注水相结 合的技术措施，从而达到减小顶煤块度和提高放出 率之目的。 1 钻孔布置方式 钻孔布置采用双排钻孔三花眼的布置方式， 排 间距为1.0 m，孔距为2～3 m，钻孔深度为30 m左 右，工作面预裂爆破方案如图3所示。在具体实施 过程中，可依据煤层强度及裂隙发育情况对钻孔间 距进行调整，当顶煤破碎效果较好时可适当加大钻 孔间距。 图 3 2321 综放面深孔预裂爆破钻孔布置 Fig.3 Exploding bore collocation on sub-level caving face 2321 278 岩石力学与工程学报 2002年 2 钻孔工艺 钻孔施工采用TXU-75液压钻机和ZY100-150 钻机，按照设计的倾角打眼，用水排粉。在确定钻 孔倾角时，孔底距机采层面的距离不小于1.0～1.5 m，以保证工作面端面顶煤的完整；同时考虑到工 作面上方为再生顶板，钻孔距金属网假顶也应保持 1.0 m以上的距离。钻孔直径为55～60 mm。 3 装药工艺与结构 坚硬厚煤层深孔预裂爆破采用不耦合连续装 药，煤矿导爆索串联正向起爆，电雷管采用两并一 串的连接方式，两发雷管可布置在同一包炸药内， 也可布置在不同的药包内，如图4所示。不同钻孔 间采用串联方式连接，不同钻孔内采用煤矿许用毫 秒延期电雷管起爆。 图 4 钻孔内装药结构 Fig.4 Structure of fixing detonator in the bore 炸药单耗量设计为0.2～0.4 kg / m3，炸药品种 可选用二级煤矿许用水胶炸药或二级煤矿许用乳化 炸药，据此可计算出每孔的装药量。 利用过筛的微黄泥将炮孔连续封实，封孔长度 一般不小于6.0 m。 为保证安全起爆，每个炮孔采用双起爆药包并 联起爆， 每次起爆2～4个爆破孔， 注意不同钻孔间 毫秒延期雷管的配合。考虑到超前支承压力的分布 特点及工作面的推进速度，一般超前工作面20 m 起爆。 4.5 辅助破煤方案及瓦斯治理辅助破煤方案及瓦斯治理 经过现场试验和分析，最后采用两条顶板工艺 巷深孔预裂破碎顶煤方案，由于爆破后钻孔孔口段 孔壁尚完整，可配合常压注水，从而起到进一步破 碎顶煤和降低粉尘的作用。需要指出，作为一种临 时措施，在工作面内顶煤局部变硬地段采用浅孔爆 破破碎顶煤。 在该煤层条件下，瓦斯治理的主要措施是提前 抽放和在开采过程中排放，在下分层综放开采时， 不需布置顶板专用瓦斯巷。 5 现场试验效果及分析现场试验效果及分析 2321综放面为太西集团公司白芨沟矿坚硬特 厚煤层第一个试验工作面，工作面长度为149 m， 走向长度为950 m， 已采用分层综采开采3个分层， 剩余厚度平均为8～9 m。该工作面于2000年2～3 月安装调试，3月27日开始生产。投产以来，由于 采取了有效的技术措施，取得了理想的顶煤破碎效 果。在矿井系统限产的情况下，工作面月产达12 104 t以上，达到了年产150104 t的水平，工作面 回收率在80以上，达到了预期的效果。 经过近1a的现场试验， 成功地解决了局部端面 冒顶、坚硬顶煤的预破碎、工艺参数的优化以及瓦 斯治理等技术问题，取得了特厚坚硬煤层综放开采 的成功，初步解决了这一世界性难题。初步形成了 该条件下的系统关键技术，它的主要特点是深孔预 裂爆破与高强度综放支架相结合，并配合有效的采 放工艺， 此即为特厚坚硬煤层综放开采的工艺模式。 试验表明，ZFSB5400-17/33型支架可以满足该 煤层条件下综放开采的要求，过渡支架和端头支架 也较好地发挥了作用，厚度在20 m以上的坚硬煤 层分为两个分层进行综放开采较为合理，并且在采 取某些特殊技术措施后可进行整层综放开采的试 验。 参参 考考 文文 献献 1 张顶立. 综合机械化放顶煤开采采场矿山压力控制[J]. 北京煤炭 工业出版社，1999 2 靳钟铭，康天合，弓培林等. 煤体裂隙分形与顶煤冒放性的相关研 究[J]. 岩石力学与工程学报，1996，152143～149 3 张海戈. 综放开采顶煤活动机理与端面稳定控制的研究[博士学位 论文][D]. 北京中国矿业大学北京研究生部，1994 4 宋选民. 综放采场顶煤冒放性研究及其控制[博士学位论文][D]. 徐州中国矿业大学，1998 5 张顶立. 下分层综放开采矿山压力控制[J]. 岩石力学与工程学报， 1998，172159～166 6 何满潮，邹正盛，邹友峰. 软岩巷道工程概论[M]. 徐州中国矿 业大学出版社，1993 7 张顶立. 综放工作面煤岩稳定性研究及控制[博士学位论文][D]. 徐州中国矿业大学，1995 8 邓广哲. 硬煤裂隙能量补偿原理与应用[J]. 岩石力学与工程学报， 2000，194440～443 第 21 卷 第 2 期 张顶立等. 特厚坚硬煤层分层综放开采关键技术研究 279 STUDY ON KEY TECHNOLOGY OF FULLY-MECHANIZED SUB-LEVEL CAVING MINING FOR SPECIAL THICK AND HARD COAL SEAM Zhang Dingli1，He Zuode2，Dong Weijun2，Lu Wencai2，Mao Tingyu2，Li Xiang2 1Research Center of Tunneling and Underground Engineering，Northern Jiaotong University， Beijing 100044 China 2Ningxia Taixi Co. Ltd.， Shizuishan 753000 China Abstract After analyzing fully-mechanized sub-level caving technology in the case of special thick and hard coal seam，it is presented that the increment of cavability of hard roof coal and available control of gas are the main difficult technology problem to be faced. The structure and breaking characteristic of hard roof coal are analysed，and the main technology approach and measurements to increase cavability of hard roof coal are proposed. The technology has been successfully applied in Baijigou colliery，Ningxia，where the coal seam is thicker than 20 m，with hard coal，hard roof，intensive gas and shallow oveburden. The annual output of coal there is 1.5 million tons. The proposed technigue is a breakthrough to sub-level caving mining technique，and anticipative effect has been obtained. Key words special thick and hard coal seam，fully-mechanized sub-level caving mining，key technology， cavability，selection of support types 第七届全国岩土力学数值分析与解析方法讨论会在大连召开第七届全国岩土力学数值分析与解析方法讨论会在大连召开 由中国力学学会岩土力学专业委员会主办、大连理工大学土木工程系与大连理工大学海岸和近海工程国家重点实验室 联合承办、辽宁水文地质工程地质勘察院协办的第七届全国岩土力学数值分析与解析方法讨论会于 2001 年 9 月 26 日～28 日在大连市召开。 本届会议得到了来自全国各地的岩土力学科技工作者的大力支持和积极响应，共收入学术论文 123 篇，会前由大连理工 大学出版社正式出版发行，所收录的论文涉及到岩土力学与岩土工程领域中的各个方面，集中反映了我国科技工作者近 3 a 来在岩土力学数值分析与解析方法的基本理论与工程应用及其相关领域中所取得的最新学术成果和研究进展， 主要包括岩土 本构理论及其工程参数、岩土力学数值分析方法及其应用、岩土力学解析方法及其应用、土动力学与岩土地震工程及岩石动 力学、岩土工程渗流分析与耦合计算、岩土工程计算与分析、岩土力学实验与测试技术、岩土力学中新理论与新方法及其应 用、 基坑工程与岩土工程实录分析及其他。 这些研究成果既包括对传统分析理论与计算方法的改进与发展， 也有关于新理论、 新方法与新技术的思考与探索，同时还有这些理论与方法的工程应用与工程实录分析。 大会期间还召开了两次岩土力学专业委员会会议， 第六届主任委员白世伟研究员对学会的前一阶段工作进行了回顾和总 结，各位委员对学会的今后工作安排进行了讨论，并形成了 2004 年在上海交通大学举办第八届全国岩土力学数值分析与解 析方法讨论会的初步意向。 中国力学学会岩土力学专业委员会