所属领域：煤矿开采
成果简介：
1.
成果的基本情况：
我国西部神府东胜煤田是世界最大的浅埋煤田，煤炭产量约占全国的
30%
，已建成国
家重要的能源基地。煤层赋存埋藏浅，基岩薄，煤层多，开采厚度大，地表生态脆弱，类
似条件国际罕见，缺乏理论和经验。浅埋煤层开采不仅引起强烈地压，也对环境构成严重
威胁。本项成果在
5
项国家自然科学基金项目（51674190 ， 51174156 ， 51174278 ， 50574074 ，50104009 ）、 9 项省部地市级项目和 10 项企业项目支持下，自 1993 年至 2017 年历时 24年，对浅埋煤层岩层控制理论和技术开展了系统研究。
本项成果出版专著
3
部，发表论文
65
篇，
EI
收录
26
篇，论著他引
2566
次，入选《煤
炭学报》创刊
50
周年百篇论文
1
篇，被
JST
全文翻译转载
1
篇。发明专利
12
项，实用新
型
2
项，获陕西省职工发明金奖
1
项。“浅埋煤层开采岩层控制”编入国家规划教材《矿
山压力与岩层控制》和《煤矿总工程师技术手册》，得到普遍应用，具有广泛的影响。《科
技日报》以“创立浅埋煤层岩层控制理论，支撑大煤田安全高效开采”为题对成果进行了
报道，钱鸣高院士和美国
Syd.S Peng
院士评价“填补国内外空白”。
“浅埋煤层岩层控制理论与技术”成果近
3
年在大柳塔煤矿、榆树湾煤矿、张家峁煤
矿等
7
个矿井推广应用，新增产值
77.0
亿元，新增利润
38.5
亿元，取得了巨大的经济和社
会效益。荣获
2016
年度陕西高等学校科学技术一等奖，
2016
年度陕西省科学技术一等奖，
2017
年度全国煤矿支护技术创新成果一等奖。
2018
年中国煤炭工业协会鉴定达到国际领先
水平。
2.
主要技术指标:
（
1
）提出了浅埋煤层定义，建立了浅埋煤层顶板结构理论。揭示了浅埋煤层矿压规律，
以单双关键层为特征，建立了浅埋煤层定义；提出了初次来压的“非对称三铰拱”结构模
型和周期来压的“台阶岩梁”结构模型，测定了端角挤压和摩擦系数，提出了支架“给定
失稳载荷”工作状态和松散层载荷传递因子，奠定了浅埋煤层岩层控制基础。
（ 2 ）建立了浅埋煤层保水开采岩层控制理论和技术。揭示了隔水岩组“上行裂隙”和
“下行裂隙”规律，提出了隔水岩组隔水性判据和保水开采分类方法，建立了浅埋煤层保
水开采基本理论；建立了条带充填隔水岩组连续梁结构模型，开发了柔性条带充填保水开
采技术，丰富了浅埋煤层绿色开采岩层控制理论和技术。
（ 3 ）建立了浅埋煤层大采高开采和近距离煤层群开采的岩层控制理论和技术。提出了
大采高“等效直接顶”的概念，建立了“高位台阶岩梁”结构模型，揭示了大采高工作面
持续高压机理；提出了间采比和间隔层关键层为指标的浅埋煤层群分类方法，建立了“无
关键层”极近距离煤层群、单一关键层近距离煤层群、双关键层较近距离煤层群的顶板结
构模型；提出了基于煤柱群布置，减轻地层非均匀沉降的方法，实现了井下减压和地表减
损。开发了浅埋煤层采场和巷道岩层控制技术，包括工作面初采期间、过空巷、过薄基岩、
架后悬顶、末采期间的顶板控制关键技术，开发了含夹矸外错滑移变形巷道支护方法和井
下立交巷道施工方法，保障安全高效开采。
3.
应用范围:
“浅埋煤层岩层控制理论与技术”项目技术领域为煤炭开采，矿山压力与支护工程。
4.
市场需求及经济效益分析:
（
1
）市场需求
“浅埋煤层开采岩层控制理论”
2010
年分别编入钱鸣高院士主编的国家规划教材《矿山
压力与岩层控制》和袁亮院士主编的《煤矿总工程师技术手册》，论著他引
2566
次，得到
广泛的知识传播与应用。近
3
年
7
个矿井应用新增产值
77
亿元，利润
38.5
亿元。
大柳塔煤矿是世界最大井工矿井，煤层埋藏浅，属于典型的浅埋煤层，压架灾害成为
安全高效开采的主要难题。早在建矿之初的
1993
年就与西安科技大学开展浅埋煤层岩层控
制研究，矿井生产中运用浅埋煤层岩层控制理论确定了合理支架选型，开发了过沟、过薄
基岩、悬顶处理等技术，工作面发生冒顶压架的概率大大降低，提高了工作面推进速度，
生产能力从
2012
年
2937
万吨提升到
2017
年
3279
万吨。
2015
年
~2017
年共回采了
21
个工作面，累计提高产能 680 万吨，累计新增利润 11 7694 万元，实现了安全高效生产。
榆树湾煤矿位于榆神矿区中南部，主采
2
-2
煤层，厚度
11.6m
，埋深
230m
。该矿应用浅
埋煤层保水开采岩层控制理论，采用
5.5m
分层大采高开采方法，
2015
年
~2017
年共开采了2 -2 煤层首分层 20106 、 20108 和 20110 三个工作面，科技进步新增产量 507 万吨，新增利润66794 万元。实现了安全、高效、保水开采，取得了显著的社会经济效益。
张家峁煤矿生产能力
1000
万吨
/
年，可采煤层
7
层，埋深
70~160 m
，属于浅埋煤层开
采，大采高工作面压架事故和常家沟水库周边安全开采是技术难题。
2015
年
~2017
年，应
用浅埋煤层岩层控制理论和技术，避免了压架停产事故，三年累计多回收煤炭
186.9
万吨。
应用隔水层稳定性判据优化了常家沟水库保护煤柱尺寸，减少了煤炭损失。
2015
年
~2017
年，累计增产
364.4
万吨，新增利润
47926
万元，实现了安全高效保水开采。
哈拉沟煤矿主采
2
-2
煤层，煤层厚度
5.28m
，埋深
80~120m
，浅埋煤层工作面压架灾害
成为制约安全高效开采的主要难题。应用浅埋煤层岩层控制理论与技术，工作面发生冒顶
压架事故大大降低，提高了工作面推进速度和产能。
2015
年～
2017
年共回采了
7.7
个工作面，新增产能 294 万吨，累计新增利润 45875 万元，实现了安全高效生产。
三道沟煤矿开采陕北侏罗纪煤田浅埋煤层，工作面顺槽受采动影响变形破坏明显，通
常需要后期加固维修。
2013
年立项研究揭示了巷道外错滑破坏机理，确定了合理支护方案，实现了巷道无返修，提高了工作面产能。 2015 年 ~2017 年，三个盘区节约巷道维修费 495万元，累计多采煤炭新增利润 15495.76 万元，社会经济效益显著。
柠条塔矿区地处黄土高原，自然生态环境脆弱，矿井年产
2000
万吨，每天开采沉陷面
积约
5.6
万
m
2
，大规模煤炭开采对生态安全构成极大威胁。与西安科技大学合作研究，提出了通过合理煤柱布置减轻井下地压和地表裂缝的方法，采取合理支护和快速推进防止切
顶，局部充填或注浆避免了压架和溃水事故，提高了推进速度和产能。近
3
年累计新增利
润
68003
万元，社会、经济、环保效益显著。
神府经济开发区海湾煤矿有限公司主采
2
-2
上煤层和
2
-2
浅埋煤层。
2008
年与西安科技
大学合作，确定了
3
号井合理的长壁综采方法和合理的支架选型。
2015
年
~2017
年科技进
步累计新增产量
206
万吨，累计新增利润
23280
万元。为当地提供了数百个职工就业机会，在地方煤矿机械化改造方面具有示范作用。
（ 2 ）经济效益及计算依据
成果针对我国陕北榆神府煤田浅埋煤层条件，创立了浅埋煤层岩层控制理论，分别编
入钱鸣高院士主编的国家规划教材《矿山压力与岩层控制》和袁亮院士主编的《煤矿总工
程师技术手册》，填补了国内该领域理论空白，发表论文
65
篇，专著
3
部，他引
2566
次，得到普遍应用。本次申报只收集了 7 个具有代表性的矿井应用情况。
2015
年至
2017
年，本项成果在神华神东大柳塔煤矿、榆林市榆神煤炭榆树湾煤矿有
限公司、陕煤集团神木张家峁矿业有限公司、中国神华神东哈拉沟煤矿、三道沟煤矿、陕
煤集团神木柠条塔矿业有限公司、神府经济开发区海湾煤矿有限公司共
7
个矿井中应用，
按照科技进步节支增收取得的新增产值和新增利润计算经济效益。
2015
年
7
个矿井新增销售额分别为
50756
万元、
32600
万元、
16957
万元、
12392
万元、
0
万元（限产）、
34332.6
万元和
12000
万元，合计新增销售额
159037.6
万元；新增利润分别为 24877 万元、 6194 万元、 5712 万元、 4766 万元、 0 万元（限产）、 7934 万元、 2700万元，合计新增利润 52183.37 万元。
2016
年
7
个矿井新增销售额分别为
60650
万元、
39658
万元、
19392
万元、
30779
万元、
12575.33
万元、
42134.4
万元和
9150
万元，合计新增销售额
214338.73
万元；新增利润分
别为
31785
万元、
12798
万元、
8845
万元、
16275
万元、
4027.75
万元、
14401.2
万元和
2135万元，合计新增利润 90266.95 万元。
2017
年
7
个矿井新增销售额分别为
91773
万元、
84072
万元、
52564
万元、
39598
万元、
22836.78
万元、
74828.39
万元和
31195
万元，合计新增销售额
396867.2
万元；新增利润分
别为
61032
万元、
47802
万元、
33369
万元、
24834
万元、
11468.01
万元、
45667.44
万元和18445 万元，合计新增利润 242617.45 万元。
综上所述，
2015
年至
2017
年三年新增销售额共计
770243.5
万元（77.0 亿元），新增利润共计 385067.77 万元（38.5 亿元），取得了巨大的经济效益，
（ 3 ）社会效益
1
）安全开采效益。
浅埋煤层开采的突出问题是顶板基岩关键层薄，顶板结构不稳定，导致工作面支架载
荷大，且来压迅猛，顶板安全成为开采的主要威胁之一。浅埋煤层开采岩层控制理论，提
供了采场支护阻力确定的科学计算方法。实践表明，降低了顶板事故率，提高了工作面正
常开采时间和推进速度，降低了开采成本，提升了综合机械化开采的安全效益，树立了科
学开采实现安全的理念。多年来，神东矿区顶板事故很少，具有良好的社会效益。
2
）绿色环保效益。
浅埋煤层保水开采岩层控制理论，为实现环境友好的浅埋煤层开采提供了理论支撑，
可大大缓解煤炭开采和地表土地资源与环境保护的矛盾，对于生态脆弱的西部地区煤炭开
采的可持续发展，具有重要的绿色环保效益。
3
）社会稳定效益。
浅埋煤层采场和巷道岩层控制理论的应用，为确定合理的采场支架选型和巷道支护方
案提供了依据，使综合支护成本最小化，节约了支护材料和成本；减少了采场和巷道的维
修率，降低了维修费用；合理确定采煤方法和煤柱尺寸，最大限度提高了资源回采率，同
时也可以降低成本。在当前煤炭价格较低的情况下，降低成本，对维护企业持续生产，保
障就业人数，维护社会稳定，具有重要的社会效益。
5.
合作方式：
合作开发、技术服务。
6.
联系方式：
负责人姓名：黄庆享
电 话： 13088957981
E-mail
：
361923187@qq.com
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