长壁综采矸石充填与岩层运动控制研究

实施矸石充填采煤技术开采矿井呆滞煤炭资源是实现煤矿绿色开采、提高煤炭采出率的核心内容之一。本项目针对我国迫切需要开发的矿井呆滞煤炭资源开采技术展开深入的基础理论与应用研究，主要研究内容和思路为：运用岩层及地表移动控制的关键层理论和固体废弃物充填开采理论，系统研究矸石充填材料级配和变形特性、矸石充填开采矿压和岩层运动规律，提出矸石充填开采岩层运动的关键层矿压模型和地表沉陷预测的等价采高方法，建立与长壁综采技术衔接的高效矸石充填采煤方法、工艺和设备配套体系，并深入研究应用矸石充填开采技术安全开采"三下"呆滞煤炭资源的原理和方法；初步建立矸石充填开采"三下"压煤的矸石不出井直接充填采空区置换呆滞资源的煤矿减排增效生产模式。本项研究将传统煤矿开采中"矸石露天排放"的观念转为"矸石不出井置换呆滞资源"加以合理利用，提高矿井煤炭采出率，减轻开采沉陷环境破坏，从而有力推动我国绿色采矿技术的发展。

我国大规模煤炭资源开发中，存在大量无法采出的“三下”（建筑物、道路和水体下）压煤、大量排放矸石等固体废弃物，以及严重破坏矿区水、土地和环境等问题。实施矸石充填采煤是煤矿提高煤炭资源利用率、消灭固体废弃物和保护环境的核心技术。本项目针对煤矿充填开采岩层移动控制基础理论和关键技术开展研究，在解决开采“三下”压煤及保护矿区资源与环境方面取得了突破性成绩。主要研究内容及研究成果为：运用岩层及地表移动控制的关键层理论和固体废弃物充填开采理论，系统研究了矸石充填材料级配和变形特性、矸石充填开采矿压和岩层运动规律，建立了矸石充填开采矿压和岩层移动与变形的等价采高理论；建立了矸石充填开采岩层运动的关键层矿压模型、关键层移动与变形力学模型和地表沉陷预计模型，揭示了矸石充填岩层移动及地表沉陷控制机理；设计研发了综采充填液压支架、综采矸石充填物料投料系统等综采矸石充填采煤关键技术装备，设计了与长壁综采技术相衔接的高效矸石充填采煤方法、工艺系统和设备配套体系，实现了综采矸石充填与采煤并行作业；深入研究应用矸石充填开采技术安全开采“三下”呆滞煤炭资源的原理和方法，给出基于沉陷控制的“三下”压煤开采方法的设计思路和流程，建立了矸石充填开采“三下”压煤的矸石充填采空区置换呆滞资源的煤矿减排增效生产模式。. 项目研究成果已在我国10多个矿区推广应用，针对不同的地质采矿条件以及待保护对象的采动变形特征，对综采充填采煤工艺、沉陷控制方案进行优化设计，成功解放了区域的“三下”煤炭资源，提高了资源采出率，消除了矸石山对环境的损害。. 本项研究将传统煤矿开采中“矸石露天排放”的观念转为“矸石置换呆滞资源”加以合理利用，提高矿井煤炭采出率，减轻开采沉陷环境破坏，有力推动我国绿色采矿技术的发展。. 项目研究过程中，发表学术论文57篇（SCI 7篇，EI 35篇），授权发明专利14项，实用新型专利6项；培养博士研究生3人，硕士研究生12人；获得国家奖1项，省部级奖2项，编制行业标准10项（颁布1项、征求意见稿9项）。课题组成员参加学术会议39人次，出国交流4人次，邀请境外专家来华6人次。