本書緊密結(jié)合近年來大傾角煤層綜采技術(shù)的發(fā)展，系統(tǒng)總結(jié)了大傾角煤層綜采理論、技術(shù)、裝備與實(shí)踐方面的研究成果。主要內(nèi)容包括：大傾角煤層綜采工作面礦壓顯現(xiàn)和圍巖破斷與運(yùn)動規(guī)律、頂板—支架—底板系統(tǒng)動力學(xué)控制理論、采場傾斜砌體結(jié)構(gòu)理論、采場應(yīng)力拱殼及關(guān)鍵域巖體結(jié)構(gòu)理論、大傾角煤層長壁綜采關(guān)鍵技術(shù)、大傾角煤層長壁綜采工程實(shí)踐及主要裝備。
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大傾角煤層是指埋藏傾角為350～55。的煤層，是國內(nèi)外采礦界公認(rèn)的難采煤層。大傾角煤層廣泛分布于我國大采高各大礦區(qū)，目前已探明大傾角煤層儲量約為1800億一3600億噸，約占我國煤炭總儲量的10%~20％，每年大傾角煤層開采產(chǎn)量約為1．5億～3億噸，約占我國煤炭總產(chǎn)量的5％～8％。隨著開采強(qiáng)度和深度的不斷增大，大傾角煤層已經(jīng)成為了許多礦井的主采煤層。大傾角煤層由于成煤環(huán)境復(fù)雜，安全高效開采難度極大，截至2016年12月，除中厚煤層采用綜合機(jī)械化開采和部分特厚及厚煤層試驗(yàn)綜放與大采高開采外，大多數(shù)開采大傾角煤層的礦井仍然在使用不同類型的非機(jī)械化開采方法，產(chǎn)效與安全狀況差，人員傷亡事故頻發(fā)，成為了許多礦井（區(qū)）經(jīng)營困難、百萬噸死亡率居高不下的重要影響因素。
大傾角煤層長壁綜采（綜放）技術(shù)的成功應(yīng)用變革了我國該類煤層非機(jī)械化開采歷史，解決了大傾角煤層開采的基本安全問題。經(jīng)過近20年的研究與發(fā)展，對特定條件下該類煤層開采科學(xué)問題的研究取得了一定的進(jìn)展，促使其技術(shù)與裝備水平均有了大幅度的提高，但工作面系統(tǒng)性的安全問題和產(chǎn)量與效益較低依然是制約該技術(shù)廣泛應(yīng)用與推廣的瓶頸。
通過對大傾角煤層開采基礎(chǔ)理論、關(guān)鍵技術(shù)、主要裝備及工程實(shí)踐的系統(tǒng)總結(jié)，不僅可以推動大傾角煤層創(chuàng)新科學(xué)研究方法、開拓技術(shù)變革領(lǐng)域、提高裝備研制標(biāo)準(zhǔn)和安全管理水平，而且能夠?yàn)殡y采煤層安全高效開采方法在科學(xué)層面上獲得系統(tǒng)性突破奠定堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。
本書分為8章，由伍永平統(tǒng)稿，其中第l章由伍永平完成，第2章由伍永平、王紅偉完成，第3章由伍永平、羅生虎完成，第4章由解盤石完成，第5章由王紅偉完成，第6章由負(fù)東風(fēng)完成，第7章和第8章由伍永平、負(fù)東風(fēng)完成。
由于作者水平所限，書中不當(dāng)之處，敬請讀者批評指正！
作者
2017年1月
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目錄
前言
第1章 大傾角煤層開采歷史與現(xiàn)狀 1
1.1 大傾角煤層開采方法 1
1.2 大傾角煤層開采圍巖控制理論與技術(shù) 2
參考文獻(xiàn) 3
第2章 大傾角煤層走向長壁工作面礦壓顯現(xiàn)和圍巖破斷與運(yùn)動規(guī)律 5
2.1 大傾角煤層走向長壁開采礦壓顯現(xiàn)規(guī)律 5
2.1.1 大傾角煤層走向長壁單體支柱工作面礦壓顯現(xiàn)現(xiàn)場觀測 5
2.1.2 大傾角煤層走向長壁綜采工作面礦壓顯現(xiàn)現(xiàn)場觀測 5
2.1.3 大傾角煤層走向長壁開采礦壓顯現(xiàn)實(shí)驗(yàn)室模擬 8
2.1.4 大傾角煤層走向長壁工作面礦壓顯現(xiàn)一般特征 21
2.2 大傾角煤層走向長壁開采圍巖破斷與運(yùn)動基本特征 22
2.2.1 上覆巖層變形破壞過程 22
2.2.2 上覆巖層變形破壞特征 23
2.2.3 上覆巖層垮落與充填特征 28
2.2.4 底板破壞滑移特征 32
2.3 大傾角煤層開采覆巖關(guān)鍵層與巖體結(jié)構(gòu)的形成與變異 33
2.3.1 “關(guān)鍵層”形成區(qū)域 33
2.3.2 直接頂沿工作面傾斜方向運(yùn)動狀態(tài) 34
2.3.3 “關(guān)鍵層”遷移轉(zhuǎn)化特征 35
2.3.4 “關(guān)鍵層”巖體結(jié)構(gòu)變異致災(zāi)機(jī)理 36
參考文獻(xiàn) 37
第3章 大傾角煤層開采“R-S-F”系統(tǒng)動力學(xué)控制理論 38
3.1 大傾角煤層走向長壁開采“R-S-F”系統(tǒng)穩(wěn)定性基本概念 38
3.1.1 “R-S-F”系統(tǒng)研究的本質(zhì) 38
3.1.2 支護(hù)系統(tǒng)的靜態(tài)穩(wěn)定性及其與圍巖相互作用 39
3.1.3 大傾角煤層“R-S-F”系統(tǒng)的災(zāi)變因素 41
3.2 大傾角煤層走向長壁開采“R-S-F”系統(tǒng)動力學(xué)模型 42
3.2.1 “R-S-F”系統(tǒng)的失穩(wěn)類型 42
3.2.2 “R-S-F”系統(tǒng)動力學(xué)模型 44
3.3 大傾角煤層走向長壁開采“R-S-F”系統(tǒng)動力學(xué)方程 46
3.3.1 “R-S-F”系統(tǒng)分析基本假設(shè) 46
3.3.2 “R-S-F”系統(tǒng)動能 46
3.3.3 “R-S-F”系統(tǒng)的動能函數(shù)及其微分 49
3.4 大傾角煤層走向長壁開采“R-S-F”系統(tǒng)動態(tài)穩(wěn)定性分析與控制 61
3.4.1 “R-S-F”系統(tǒng)動態(tài)穩(wěn)定性的概念 61
3.4.2 “R-S-F”系統(tǒng)動態(tài)穩(wěn)定性分析 62
3.4.3 “R-S-F”系統(tǒng)保持動態(tài)穩(wěn)定時的實(shí)際工作阻力 66
3.4.4 “R-S-F”系統(tǒng)動態(tài)穩(wěn)定性控制模式與方法 68
參考文獻(xiàn) 73
第4章 大傾角煤層開采傾斜砌體結(jié)構(gòu)理論 74
4.1 大傾角煤層長壁開采覆巖空間結(jié)構(gòu)特征 74
4.1.1 大傾角煤層長壁采場頂板傾向破壞結(jié)構(gòu)特征 74
4.1.2 大傾角煤層長壁采場頂板走向破壞結(jié)構(gòu)特征 77
4.1.3 大傾角煤層長壁采場覆巖空間結(jié)構(gòu) 77
4.2 大傾角煤層長壁開采覆巖空間結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性分析 80
4.2.1 大傾角煤層采場傾斜砌體結(jié)構(gòu)動力學(xué)方程 80
4.2.2 大傾角煤層長壁采場覆巖空間“殼體結(jié)構(gòu)”穩(wěn)定性分析 92
4.3 大傾角煤層長壁開采覆巖空間承載結(jié)構(gòu)失穩(wěn)準(zhǔn)則及致災(zāi)機(jī)理 104
4.3.1 大傾角煤層長壁采場覆巖承載結(jié)構(gòu) 104
4.3.2 大傾角煤層長壁采場覆巖承載結(jié)構(gòu)失穩(wěn)準(zhǔn)則及致災(zāi)機(jī)理 108
參考文獻(xiàn) 113
第5章 大傾角煤層采場應(yīng)力拱殼及“關(guān)鍵域”巖體結(jié)構(gòu)理論 115
5.1 大傾角煤層采場覆巖應(yīng)力遷移特征 115
5.1.1 工程地質(zhì)和開采條件 115
5.1.2 數(shù)值計(jì)算模型建立 116
5.1.3 不同采高條件下采場應(yīng)力形成及演化特征 117
5.1.4 不同傾角條件下采場應(yīng)力形成及演化特征 122
5.1.5 采場圍巖應(yīng)力場形成特征 126
5.2 采場圍巖支承壓力分布特征 127
5.2.1 采場前后方煤巖體支承壓力 128
5.2.2 回采巷道兩側(cè)煤巖體支承壓力 130
5.2.3 采場四周煤巖體支承壓力 135
5.2.4 采場支承壓力分布類型及特征 140
5.3 采場圍巖三維應(yīng)力場形成及演化特征 142
5.3.1 應(yīng)力拱殼形成特征 142
5.3.2 應(yīng)力拱殼分析模型 143
5.3.3 應(yīng)力拱殼形態(tài)方程 145
5.3.4 應(yīng)力拱殼演化特征 147
5.4 采場覆巖垮落機(jī)制及“關(guān)鍵域”轉(zhuǎn)化特征 150
5.4.1 大傾角煤層采場覆巖垮落機(jī)制 150
5.4.2 覆巖“應(yīng)力—冒落”雙拱特性 157
5.4.3 覆巖“關(guān)鍵域”形成層位 158
5.4.4 覆巖“關(guān)鍵域”巖體結(jié)構(gòu)破斷運(yùn)移和平衡機(jī)制 160
5.5 大傾角煤層開采巖體結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性分析 163
5.5.1 傾向“梯階”結(jié)構(gòu)形成特征 163
5.5.2 傾向“梯階”結(jié)構(gòu)力學(xué)模型 164
5.5.3 傾向“梯階”結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性分析 165
5.5.4 “關(guān)鍵域”巖體結(jié)構(gòu)失穩(wěn)機(jī)制 174
參考文獻(xiàn) 175
第6章 大傾角煤層長壁綜采關(guān)鍵技術(shù) 177
6.1 概述 177
6.2 工作面“R-S-F”系統(tǒng)完整性保持技術(shù) 177
6.2.1 區(qū)段“大范圍”巖層控制技術(shù) 177
6.2.2 放頂煤工作面頂煤放出量區(qū)域控制技術(shù) 178
6.2.3 工作面支護(hù)系統(tǒng)工作阻力分區(qū)域控制技術(shù) 178
6.2.4 堅(jiān)硬頂板超前預(yù)爆破弱化技術(shù) 179
6.2.5 松(散)軟煤層與軟弱底板加固技術(shù) 181
6.2.6 工作面支護(hù)系統(tǒng)與裝備防倒、防滑技術(shù) 183
6.2.7 動態(tài)扶架與支護(hù)系統(tǒng)二次穩(wěn)定技術(shù) 183
6.3 工作面(開切眼)與回采巷道布置及維護(hù)技術(shù) 185
6.3.1 工作面調(diào)偽斜技術(shù) 185
6.3.2 切眼穿層布置技術(shù) 186
6.3.3 切眼掘進(jìn)技術(shù) 187
6.3.4 非規(guī)則(異型)斷面巷道維護(hù)技術(shù) 189
6.4 工作面“三機(jī)”選型配套關(guān)鍵技術(shù) 190
6.4.1 大傾角“三機(jī)”選型 191
6.4.2 大傾角“三機(jī)”配套 197
6.5 回采工藝優(yōu)化技術(shù) 202
6.5.1 落煤與裝煤 202
6.5.2 運(yùn)煤 204
6.5.3 支護(hù)與采空區(qū)處理 204
6.5.4 工序之間的配合 205
6.6 特殊條件處理技術(shù) 208
6.6.1 非等長工作面柔性支護(hù)過渡技術(shù) 208
6.6.2 工作面快速安裝與回撤技術(shù) 208
6.7 工作面安全防護(hù)與管理 209
6.7.1 工作面端頭防護(hù)技術(shù) 209
6.7.2 工作面內(nèi)防護(hù)技術(shù) 210
6.7.3 安全管理 211
6.7.4 實(shí)施保障 213
參考文獻(xiàn) 217
第7章 大傾角煤層長壁綜采工程實(shí)踐 219
7.1 大傾角中厚煤層綜合機(jī)械化開采 219
7.1.1 地質(zhì)與生產(chǎn)技術(shù)條件 219
7.1.2 工作面主要裝備與采煤方法 220
7.1.3 研究、試驗(yàn)與生產(chǎn)過程 221
7.1.4 主要成果及創(chuàng)新點(diǎn) 221
7.1.5 技術(shù)經(jīng)濟(jì)與社會效益 222
7.2 大傾角特厚煤層綜合機(jī)械化放頂煤開采 223
7.2.1 地質(zhì)與生產(chǎn)技術(shù)條件 223
7.2.2 工作面主要裝備與采煤方法 224
7.2.3 研究、試驗(yàn)與生產(chǎn)過程 225
7.2.4 主要成果及創(chuàng)新點(diǎn) 232
7.2.5 技術(shù)經(jīng)濟(jì)與社會效益 234
7.3 大傾角煤層群綜合機(jī)械化放頂煤開采 234
7.3.1 地質(zhì)與生產(chǎn)技術(shù)條件 234
7.3.2 采煤方法及回采工藝 235
7.3.3 研究、試驗(yàn)與生產(chǎn)過程 236
7.3.4 主要成果及創(chuàng)新點(diǎn) 236
7.3.5 技術(shù)經(jīng)濟(jì)與社會效益 237
7.4 廣域堅(jiān)硬頂板、軟底大傾角松軟煤層綜合機(jī)械化開采 238
7.4.1 地質(zhì)與生產(chǎn)技術(shù)條件 238
7.4.2 采煤方法及回采工藝 238
7.4.3 研究、試驗(yàn)與生產(chǎn)過程 240
7.4.4 主要成果及創(chuàng)新點(diǎn) 240
7.4.5 技術(shù)經(jīng)濟(jì)與社會效益 241
7.5 大傾角煤層走向長壁大采高綜采 242
7.5.1 地質(zhì)與生產(chǎn)技術(shù)條件 242
7.5.2 采煤方法及回采工藝 243
7.5.3 研究、試驗(yàn)與生產(chǎn)過程 244
7.5.4 主要成果及創(chuàng)新點(diǎn) 246
7.5.5 技術(shù)經(jīng)濟(jì)與社會效益 248
參考文獻(xiàn) 249
第8章 大傾角煤層長壁綜采主要裝備介紹 250
8.1 大傾角煤層走向長壁綜采工作面裝備研制基本原則 250
8.2 大傾角煤層走向長壁工作面開采成套裝備研制關(guān)鍵技術(shù) 251
8.2.1 液壓支架防倒防滑技術(shù) 251
8.2.2 液壓支架自身工作空間防護(hù)技術(shù) 251
8.2.3 輸送機(jī)(運(yùn)輸機(jī))防滑技術(shù) 252
8.2.4 輸送機(jī)空間防護(hù)技術(shù) 253
8.2.5 輸送機(jī)拉緊與防護(hù)技術(shù) 254
8.2.6 端頭支護(hù)技術(shù) 254
8.2.7 采煤機(jī)牽引、制動等系列技術(shù) 256
8.2.8 采煤機(jī)與輸送機(jī)配合技術(shù) 257
8.2.9 平行布置輸送機(jī)電機(jī)減速器技術(shù) 257
8.3 大傾角煤層走向長壁工作面開采典型成套裝備 257
8.3.1 工作面液壓支架及其參數(shù) 257
8.3.2 工作面刮板輸送機(jī)及其參數(shù) 261
8.3.3 工作面采煤機(jī)及其參數(shù) 264
8.3.4 工作面其他裝備及其參數(shù) 265
8.3.5 “三機(jī)”的主要技術(shù)特點(diǎn) 267
參考文獻(xiàn) 269
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