隨著煤炭開采不斷延伸，煤炭開采難度與風險也在逐步增加。雖然我國煤炭工業(yè)在高精勘探、采掘自動化、系統(tǒng)集控等技術方面已經(jīng)取得了重大突破，但與世界先進技術和裝備相比，還存在一些差距。

2014年以來，中煤能源集團在中國工程院支持下，聯(lián)合產(chǎn)學研優(yōu)勢力量，相繼對切頂留巷和無巷開采進行了探索與實踐，提出了無巷開采技術理論體系。

從多巷開采到無巷開采

“目前，我國以井巷為標志，傳統(tǒng)的多巷、多煤柱的采礦設計、工程建設、生產(chǎn)布局、開采模式未改變，采掘深度分離、先掘后采的管理模式也未改變，隨之帶來資源浪費、環(huán)境污染等問題。”中煤能源集團總工程師、副總裁祁和剛在中國工程院咨詢研究項目中期評議會上說。

祁和剛指出，傳統(tǒng)的多巷、多煤柱開采布局不僅投資成本高，資源浪費大，系統(tǒng)復雜多變，防災抗災能力弱，而且采動不充分對環(huán)境影響較大。

“按照每年生產(chǎn)34億噸原煤統(tǒng)計，萬噸掘進率按30米至40米計算，全國每年需掘進巷道約1300萬米，而34億噸原煤每年區(qū)段煤柱資源浪費約3億噸，超1000億元。”祁和剛說。

2014年，以中國工程院院士王安、何滿潮為代表的科研團隊提出無巷開采的構想，構建從掘巷到留巷、從多巷到少巷、從少巷到無巷的開采技術體系。

據(jù)了解，無巷開采技術體系構想能夠?qū)崿F(xiàn)由傳統(tǒng)先掘后采、邊掘邊采的復雜管理模式向新型采掘合一、高效速成的新型管理模式轉變;實現(xiàn)由人員分散、設備散亂的多巷式粗放管理模式向人員集中、設備集中、自診自管的少巷式精細管理模式轉變。

為了進一步證明這個構想，中煤能源集團與中國礦業(yè)大學(北京)合作，在該集團的4個礦區(qū)5處煤礦21個工作面進行了相關技術試驗，收到了預期效果。

從構想到實踐

2015年9月，中國工程院咨詢研究項目“煤礦開采技術管理的變革”立項，其中包括井工煤礦無巷開采技術變革研究。該研究以煤礦井下回采工作面無巷開采為核心，結合地質(zhì)、采礦工程、機械制造等專業(yè)知識，研發(fā)了無巷開采關鍵技術與成套裝備，并進行工程示范。

“此項研究提出基于無巷開采模式的主動巖層控制理論與方法，揭示了巖層移動特征、采動應力場時空演化規(guī)律及卸壓機理。”祁和剛說，“為此，項目組先后研發(fā)了可視化三維地質(zhì)導航技術、切頂自成巷‘三位一體’技術、無巷開采成套裝備、安全保障技術等關鍵技術與裝備。”

祁和剛介紹，無巷開采是以可視化三維地質(zhì)導航為基礎，確定無巷開采采區(qū)設計與劃分，沿采區(qū)布置邊界導巷，構建無巷開采系統(tǒng)，利用切頂自成巷技術與成套裝備，依次進行采煤留巷和切頂成巷。

切頂成巷之后，項目組采用無巷開采雙向分流卸壓機理，使沿空覆巖壓力向煤壁和切落巖體方向產(chǎn)生雙向分流，形成雙支點模式，將留巷處于低應力場的卸壓區(qū)，無煤柱應力集中影響，將多次采動變?yōu)橐淮螖_動，從而控制沿空巷道產(chǎn)生的小礦壓和微變形。同時運用恒阻錨巖梁理論，形成具有高預緊力、高恒阻、自適應讓壓的低位錨體組合梁—基本頂巖梁自平衡結構，從而控制無巷開采頂板穩(wěn)定恒阻變形。

2016年9月到12月，中煤西北能源公司南梁煤礦成功開展了國內(nèi)外首個無巷開采技術試驗。試驗期間，項目組完成了采、切、留工序以及裝備性能測試、工藝優(yōu)化調(diào)整，研究分析了采后壓力規(guī)律與特征，達到了預期目標。

南梁煤礦30104工作面累計推進長度400米，平均單日進刀3.2米，達到了年產(chǎn)百萬噸水平。

“試驗過程中，南梁煤礦少掘了一條順槽，多采了一個煤柱，成本降幅達37%以上。”祁和剛說，“與此同時，我們將切頂留巷和無巷開采技術列入‘十三五’科技規(guī)劃中。到‘十三五’末，我們要力爭對‘雙突’礦井和千米深井強沖區(qū)域的切頂留巷、無巷開采技術進行應用與推廣。”