无巷开采技术将引领煤矿新革命

随着煤炭开采不断延伸，煤炭开采难度与风险也在逐步增加。虽然我国煤炭工业在高精勘探、采掘自动化、系统集控等技术方面已经取得了重大突破，但与世界先进技术和装备相比，还存在一些差距。

2014年以来，中煤能源集团在中国工程院支持下，联合产学研优势力量，相继对切顶留巷和无巷开采进行了探索与实践，提出了无巷开采技术理论体系。

从多巷开采到无巷开采

“目前，我国以井巷为标志，传统的多巷、多煤柱的采矿设计、工程建设、生产布局、开采模式未改变，采掘深度分离、先掘后采的管理模式也未改变，随之带来资源浪费、环境污染等问题。”中煤能源集团总工程师、副总裁祁和刚在中国工程院咨询研究项目中期评议会上说。

祁和刚指出，传统的多巷、多煤柱开采布局不仅投资成本高，资源浪费大，系统复杂多变，防灾抗灾能力弱，而且采动不充分对环境影响较大。

“按照每年生产34亿吨原煤统计，万吨掘进率按30米至40米计算，全国每年需掘进巷道约1300万米，而34亿吨原煤每年区段煤柱资源浪费约3亿吨，超1000亿元。”祁和刚说。

2014年，以中国工程院院士王安、何满潮为代表的科研团队提出无巷开采的构想，构建从掘巷到留巷、从多巷到少巷、从少巷到无巷的开采技术体系。

据了解，无巷开采技术体系构想能够实现由传统先掘后采、边掘边采的复杂管理模式向新型采掘合一、高效速成的新型管理模式转变;实现由人员分散、设备散乱的多巷式粗放管理模式向人员集中、设备集中、自诊自管的少巷式精细管理模式转变。

为了进一步证明这个构想，中煤能源集团与中国矿业大学(北京)合作，在该集团的4个矿区5处煤矿21个工作面进行了相关技术试验，收到了预期效果。

从构想到实践

2015年9月，中国工程院咨询研究项目“煤矿开采技术管理的变革”立项，其中包括井工煤矿无巷开采技术变革研究。该研究以煤矿井下回采工作面无巷开采为核心，结合地质、采矿工程、机械制造等专业知识，研发了无巷开采关键技术与成套装备，并进行工程示范。

“此项研究提出基于无巷开采模式的主动岩层控制理论与方法，揭示了岩层移动特征、采动应力场时空演化规律及卸压机理。”祁和刚说，“为此，项目组先后研发了可视化三维地质导航技术、切顶自成巷‘三位一体’技术、无巷开采成套装备、安全保障技术等关键技术与装备。”

祁和刚介绍，无巷开采是以可视化三维地质导航为基础，确定无巷开采采区设计与划分，沿采区布置边界导巷，构建无巷开采系统，利用切顶自成巷技术与成套装备，依次进行采煤留巷和切顶成巷。

切顶成巷之后，项目组采用无巷开采双向分流卸压机理，使沿空覆岩压力向煤壁和切落岩体方向产生双向分流，形成双支点模式，将留巷处于低应力场的卸压区，无煤柱应力集中影响，将多次采动变为一次扰动，从而控制沿空巷道产生的小矿压和微变形。同时运用恒阻锚岩梁理论，形成具有高预紧力、高恒阻、自适应让压的低位锚体组合梁—基本顶岩梁自平衡结构，从而控制无巷开采顶板稳定恒阻变形。

2016年9月到12月，中煤西北能源公司南梁煤矿成功开展了国内外首个无巷开采技术试验。试验期间，项目组完成了采、切、留工序以及装备性能测试、工艺优化调整，研究分析了采后压力规律与特征，达到了预期目标。

南梁煤矿30104工作面累计推进长度400米，平均单日进刀3.2米，达到了年产百万吨水平。

“试验过程中，南梁煤矿少掘了一条顺槽，多采了一个煤柱，成本降幅达37%以上。”祁和刚说，“与此同时，我们将切顶留巷和无巷开采技术列入‘十三五’科技规划中。到‘十三五’末，我们要力争对‘双突’矿井和千米深井强冲区域的切顶留巷、无巷开采技术进行应用与推广。”