长壁采煤方法是地下矿山开采中普遍采用的采煤方法之一.长壁开采沿空掘巷方法每开采1个工作面,需掘进2条回采巷道并留设1个护巷煤柱,煤柱资源无法回收、巷道掘进量大.基于采矿岩石力学的基本原理,笔者团队建立了平衡开采"切顶短臂梁"理论,提出了切顶卸压无煤柱自成巷技术,研发了顶板定向预裂切缝、高预应力恒阻锚索支护、矸石巷帮挡矸支护等关键技术.国内外学者在切顶卸压无煤柱自成巷的理论、试验和技术方面开展了系统研究.在理论研究方面,形成了无煤柱自成巷平衡开采理论,建立了切顶短臂梁模型和"三阶段"动态分区模型,为新型煤炭开采方法奠定了理论基础;在试验研究方面,开展了切顶卸压无煤柱自成巷地质力学模型试验,进行了顶板定向预裂切顶设计研究,分析了恒阻吸能锚杆(索)的静力拉伸、动力冲击等性能,探究了护帮挡矸结构的承载能力,为无煤柱自成巷关键技术设计提供了依据;在现场试验方面,针对不同工程地质特征进行了现场试验研究,研发了适用于实际工程的配套核心技术装备.文章对切顶卸压无煤柱自成巷理论和关键技术的研究现状进行梳理与总结,并对未来的发展方向进行展望.

为防止煤矿漏风、瓦斯等有害气体泄露引发的煤体自燃,研发了型号为KA G K的煤矿井下用高分子塑性封闭材料,该材料主要成分为以聚醚多元醇、聚合MD I、阻燃剂等.开展了新材料室内性能测试试验,试验结果表明各项指标满足规范要求.通过现场瓦斯监测数据,对比分析了采用新型高分子塑性材料和传统混凝土喷涂材料封闭后井下瓦斯体积分数的变化,得出该新型高分子塑性材料能提高密封墙密封效果、延缓煤体瓦斯涌出量的结论.

倾斜煤层厚层坚硬顶板条件是东北地区煤矿开采面临的常见条件,以东保卫煤矿倾角25°、14 m厚砂岩顶板为研究对象,采用力学理论分析,推导出了倾斜煤层厚硬顶板切顶支护阻力参数计算公式;采用UDEC数值模拟发现,切顶高度增加可以在减小围岩变形量、减小煤帮峰值压力并促使应力峰值向煤壁深处转移等方面起到卸压作用;切缝角度增加,围岩变形呈先减小后增大、煤帮应力峰值大小以微弱变化向深部移动的规律;最后基于砌体块体稳定理论,得出切顶高度和角度的理论计算方法.将研究成果综合应用于工程中,确定了东保卫煤矿三采区-620左面工作面成巷切顶高度为7.4 m、切顶角度为20°、爆破参数装药结构为4+4+2、巷内支护阻力为2741 kN的参数设计值,以及分区支护范围数值,现场工业试验表明,留巷成型良好,可为同类条件切顶留巷设计及应用提供有益参考.