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西安科技大学黄庆享团队:支撑大煤田安全高效绿色开采

作者:魅力古城 2017-07-19 15:53 西安科技大学

我国西部神府东胜煤田探明储量2236亿吨,占全国探明储量的15%,为世界七大煤田之一。煤田内建设有2个亿吨级特大型煤炭基地,对国家经济建设具有重要支撑作用。但...

我国西部神府东胜煤田探明储量2236亿吨,占全国探明储量的15%,为世界七大煤田之一。煤田内建设有2个亿吨级特大型煤炭基地,对国家经济建设具有重要支撑作用。但是,神府东胜煤田埋藏浅,覆岩薄,地表为厚沙土和黄土层,生态环境脆弱。浅埋煤层开采面临的突出问题是:采场顶板压力迅猛,严重威胁安全高效开采;地表破坏明显,煤炭开采与环境保护矛盾突出。要实现安全、高效、绿色开采,必须攻克浅埋煤层岩层控制理论难题。

西安科技大学黄庆享教授
西安科技大学黄庆享教授团队伴随神府东胜煤田开发,开始了长达22年的潜心研究,先后获得5项国家自然科学基金等15项课题资助,不断创新,引领浅埋煤层岩层控制理论与技术发展,有力支撑了浅埋大煤田的安全高效绿色开采。
创立理论,开辟岩层控制新领域自1993年神府东胜煤田开发之初,黄庆享就主持了该煤田首采工作面采前模拟实验,发现了顶板台阶下沉现象,拉开了研究的序幕。1998年完成博士论文,2000年出版《浅埋煤层长壁开采顶板结构与岩层控制研究》专著。以单一关键层台阶下沉和双关键层大小周期来压为标志,提出了浅埋煤层和近浅埋煤层定义;建立了顶板初次来压的非对称三铰拱和周期来压的台阶岩梁结构理论,发展了砌体梁理论,揭示了顶板滑落失稳来压机理;测定了关键块端角挤压和端角摩擦系数,促进了顶板结构分析的定量化;提出了支架给定失稳载荷工作状态,建立了采场支架合理工作阻力确定的新方法,为采场支护提供了依据。2001年后,在国家自然科学基金资助下,黄庆享团队开发动态载荷实验,测定了松散层在顶板结构的载荷传递规律,提出了载荷传递因子,揭示了顶板动载机理,得到广泛采用。这项研究推动了浅埋煤层顶板动态结构理论发展,破解了浅埋煤层顶板动压控制难题。对此,李洪昌教授在《煤炭学报》撰文评价开辟了岩层控制新领域;钱鸣高院士评价,填补了国内外空白,并将浅埋煤层岩层控制设新章编入2003版他主编的国家规划教材《矿山压力与岩层控制》,在全国得到广泛的知识传播。
攻克难题,开拓保水开采新方向2004年后,黄庆享带领团队面向浅埋煤层开采与环境保护难题,在教育部新世纪人才支持计划和国家自然科学基金资助下,提出了浅埋煤层隔水关键层概念,揭示了上行裂隙和下行裂隙发育规律,建立了隔水层稳定性判据,提出了自然保水开采、限高保水开采和特殊保水开采分类。这些研究,奠定了绿色(保水)开采的理论基础。2010年浅埋煤层岩层控制技术被编入袁亮院士主编的《煤矿总工程师》技术手册,标志着理论和技术的成熟 ,在工程技术界得到广泛应用。
不断创新,引领浅埋岩层控制发展随着大采高技术的普及和保水开采技术的发展,浅埋煤层岩层控制面临新的挑战。2011年后,黄庆享在国家自然科学基金项目资助下,突破传统认识,提出了等效直接顶概念,建立了大采高高位台阶岩梁结构理论和煤壁柱条模型,丰富和发展了浅埋煤层大采高岩层控制理论,为大采高工作面顶板支护和片帮控制提供了科学依据。以陕北普遍存在的风积沙为骨料,黄庆享带领团队开发了高沙充填材料,建立了条带充填隔水层稳定性判据,提出了柔性条带充填保水开采方法,出版了《浅埋煤层条带充填保水开采岩层控制》专著,发展了浅埋煤层保水开采岩层控制理论和技术。团队在实践中应用上述理论,结合神府矿区煤层赋存条件,开发了综采工作面初采、末采、过薄基岩、过空巷、架后悬顶处理等采场岩层控制技术,保障了安全正常生产;提出了煤巷极限平衡圈支护理论,开发了井下立交巷道施工和支护技术,系统解决了巷道支护问题,提高了掘进速度。
22年研究,支撑大煤田开采出成果黄庆享带领浅埋煤层开采与环境保护创新团队,历时22年潜心研究,开辟了浅埋煤层岩层控制新领域,不断引领浅埋煤层岩层控制理论与技术发展。鉴于黄庆享在浅埋煤层领域的创新与贡献,2014年被授予全国优秀教师荣誉称号,2015年入选百千万人才工程国家级人选,2016年被国务院批准享受政府特殊津贴。迄今为止,团队在浅埋煤层岩层控制领域发表论文80余篇,出版专著3部,代表性论著20篇他引1200多次,单篇他引高达268次。浅埋煤层采场老顶结构分析2014年入选《煤炭学报》创刊50周年百篇最具影响力学术论文。浅埋煤层岩层控制理论分别编入国家规划教材《矿山压力与岩层控制》和《煤矿总工程师技术手册》,填补了理论空白,得到广泛应用,有力支撑了我国浅埋大煤田的安全高效绿色开采。浅埋煤层岩层控制理论及其应用达到国际领先水平,获2016年度陕西省科学技术一等奖。

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