煤矿绿色开采技术研究的理论新平台--评《岩层控制的关键层理论》.pdf

第3 3 卷第5 期 2 0 0 4 年9 月 中国矿业大学学报 J o u r h a lo fC h i n aU n i v e r s i t yo f M i n i n g ‘T e c h n o l o g y V 0 1 ．．3 3N O ．5 S e p 。2 0 0 4 文章编号1 0 0 0 1 9 6 4 2 0 0 4 0 5 0 6 1 0 0 1 煤矿绿色开采技术研究的理论新平台 评岩层控制的关键层理论 姜华 中国矿业大学出版社，江苏徐州2 2 1 0 0 8 由钱鸣高、缪协兴、许家林、茅献彪等撰写的岩层控制的关键层理论～书已由中国矿业大学出版社 于2 0 0 3 年出版．该书全面系统总结了岩层控制的关键层理论与实践成果．内容包括关键层理论的提出、 基本概念及判别方法；在理论上阐明了关键层上的载荷分布规律、关键层的破断规律及其复合效应；同时 也分析了关键层破断后形成的结构力学模型及其“S R ”稳定判据，以及关键层运动对采场矿压显现、覆 岩移动与地表沉陷及采动裂隙场分布的影响；总结了关键层理论在矿山压力与岩层控制、开采沉陷控制、 卸压瓦斯抽放及底板突水防治等方面的工程应用． 煤炭在我国～次能源结构中占6 8 ％左右．在未来2 0 年内，煤炭在我国能源构成中的主体地位将不会 改变．然而，煤炭开采后会引起采空区岩层移动和破坏，并导致地表塌陷、煤岩体中水与瓦斯的流动，从而 引发了～系列的环境与安全问题，如顶板冒顶事故、地表建筑物和土地的破坏、地下水资源的破坏和井下 突水事故、井下‘瓦斯事故与瓦斯排放污染大气等．为了实现煤炭工业的可持续发展和适应煤炭工业走新型 工业化道路的要求，我国煤矿应大力发展绿色开采技术，即从产义资源的角度上来认识和对待煤、瓦斯 煤 层气 、水等～切可以利用的各种资源，基于岩层移动与破坏规律，从开采的角度采取措施，从源头防止或 尽可能减轻开采煤炭又寸环境和其他资源的不良影响，从而取得最佳的经济效益、环境效益与社会效益 煤炭开采引起的～系列环境与安全问题的发生都与采动岩层移动与破坏有关．因此，为了实现煤炭资 源的高效、安全和绿色开采，必须建立岩层控制的理论和技术．在解放后的几十年间，随着我国煤炭工业的 迅速崛起，在岩层控制的研究领域，从理论到实践等方面都取得了长足的进展．以中国工程院院士钱鸣高 教授为首的科研群体在前人研究的基础上，于2 0 世纪8 0 年代初正式提出了采场上覆岩层活动规律中老 顶岩层破断后的“砌体梁”结构理论等，在国内外产生了较大的影响．该科研成果的提出为当时在我国煤矿 使用与推广液压支架，实现工作面的综合机械化，以及老顶来压的预测预报和顶板事故防治奠定了理论基 础．随着对岩层控制科学研究的不断深入以及为了解决岩层活动中更为广泛的问题，仅仅研究老顶岩层的 稳定、破断及破断岩块形成结构等问题已显出其局限性．由此，钱鸣高院士于2 0 世纪9 0 年代后期进一步 提出了岩层控制的关键层理论，它是老顶岩层“砌体梁”理论的进一步发展．在已有采场岩层控制的“砌体 梁”理论基础上，创造性地提出了岩层控制的关键层理论．关键层理论的基本学术思想为由于成岩时间及 矿物成分不同，煤系地层形成了厚度不等、强度不同的多层岩层，将对采场上覆岩层局部或直至地表的全 部岩层起控制作用的岩层称为关键层．为了弄清岩层移动由下‘往上传递的动态过程，并对岩层移动过程中 形成的采场矿压显现、煤岩体中水与瓦斯的流动和地表沉陷等状态的变化进行有效监测与控制，关键在于 弄清关键层的变形破断规律以及在运动过程中与软岩层间的相互耦合作用关系．关键层理论的提出实现 了矿山压力、岩层与地表移动、卸压瓦斯开采、突水防治等方面研究的有机统一，为更金砸深人地解释采动 岩体活动规律与采动损害现象奠定了理论基础，为我国煤矿绿色开采技术的研究提供了重要的理论基础、 新的理论平台．关键层理论的提出与实践应用已引起了采矿界同行的广泛关注和重视，是我国煤矿岩层控 制理论的重大发展．基于关键层理论已开发成功下列适合煤矿高效、安全与绿色开采的新技术1 开发 了超长综放开采岩层控制技术；开发了综放大断面沿空留巷新技术；开发了神东矿区厚风积沙、薄基岩浅 埋煤层开采的特殊矿压控制技术；开发了基于小断面沿空留巷技术治理瓦斯超限的J 型通风系统．2 基 于岩层采动裂隙动态发育规律和卸压瓦斯流动的“0 ”形圈通道，开发了“煤与瓦斯共采”新技术．3 建立了 以主关键层稳定为基础的建筑物下采煤设计原则，指导了矿区不迁村采煤实践． 岩层控制的关键层理论的出版得到了国家科学技术学术著作出版基金的资助．该书理论研究联系 工程实际，体系合理、结构严谨、图文并茂，是一部适合广大采矿工程研究、管理、技术人员阅读的优秀学术 著作． 万方数据