学术前沿｜“难采煤层安全高效开采理论与技术”创新团队|163

大倾角煤层开采事故多发、回采率低、作业环境恶劣、存在重大安全隐患，是国际采矿界公认的典型难采煤层。大倾角煤层约占我国探明煤炭储量的20%，西部50%以上的矿井赋存或开采该类煤层。安全高效开采大倾角煤层是西部矿区亟需解决和国家能源可持续发展的重大战略问题。西安科技大学 “难采煤层安全高效开采理论与技术”创新团队长期致力于大倾角煤层开采基础理论、关键技术研究和工程实践。

团队现为陕西省“三秦学者”特聘教授团队、陕西省重点科技创新团队。带头人伍永平教授为国务院学位委员会学科评议组成员、全国优秀教师、全国煤炭工业先进工作者。团队成员获中青年科技创新领军人才1人、全国煤炭青年科技奖1人、陕西省青年科技新星1人、陕西省优秀博士论文1人等，培养博士、硕士50多名，现场工程技术骨干60多名。

1995年至今，团队始终聚焦大倾角煤层开采领域，先后与四川煤炭产业集团、新疆焦煤集团、甘肃华亭煤业集团、甘肃靖远煤业集团、甘肃窑街煤业集团等单位合作，联合攻克了我国首个大倾角中厚煤层综合机械化长壁工作面（四川华蓥山绿水洞煤矿）、首个大倾角近距离煤层群综合机械化长壁工作面（甘肃华亭东峡煤矿）、首个大倾角厚煤层综合机械化长壁大采高工作面（新疆焦煤集团2130煤矿）、首个大倾角特厚煤层综合机械化长壁综放工作面（甘肃靖远王家山煤矿）的开采技术等研究与工程实践，为提升我国难采煤层开采技术水平、推动采矿科学和工程技术发展做出了突出贡献。截至目前，团队承担国家自然科学基金重大研究计划、重点项目等课题14项，省部级项目30余项，企业合作项目60余项。研究成果获国家科技进步二等奖2项，省部级科学技术一等奖4项、二等奖6项，发明专利20余项，发表论文200余篇。团队主要成就和贡献如下：

界定了大倾角煤层的概念，发展了大倾角煤层开采岩层控制理论，开拓了难采煤层长壁综采科学研究新领域。

界定了大倾角煤层是倾角为35°～55°煤层的基本内涵，结合传统开采方式和装备适用条件给出了工程解释。发现了大倾角长壁开采覆岩“应力-冒落”双拱作用下非对称“拱壳”形态、“关键层”渐变迁移现象，建立了大倾角煤层长壁开采应力拱壳分析模型，提出了大倾角长壁采场 “关键层”多级梯阶结构，揭示了岩体结构“梯阶变异”机制。建立了大倾角长壁采场倾斜砌体结构与支架三维作用模型，揭示了不同作用方式下“支架-围岩”系统失稳致灾机理。建立了大倾角长壁采场倾斜砌体结构与支架三维作用模型，揭示了不同作用方式下“支架-围岩”系统失稳致灾机理。上述研究成果发展了岩层控制关键层理论，为大倾角煤层开采方法变革提供了理论支持，拓展了难采煤层科学研究与工程实践新领域。

采场围岩结构特征

支架-围岩多维动态模型

攻克了大倾角煤层长壁综采关键技术，全面提升了我国大倾角煤层开采技术水平。

关键技术之工作面调伪斜技术：着眼于降低工作面倾角，提高采煤及支护装备的稳定性，发明了工作面调伪斜（运输巷超前回风巷为伪仰斜，回风巷超前运输巷为伪俯斜）方法。

关键技术之工作面非线性布置：着眼于提高大倾角工作面倾斜下部基础支架的稳定性，发明了工作面“圆弧段-直线”、“楔形”非直线布置方法。

关键技术之大范围岩层控制方法：着眼于消除或降低单一大倾角工作面的采空区非均匀充填效应，发明了基于多区段煤柱隔离效应的大范围岩层控制方法。

关键技术之支架工作阻力/放煤量分区控制：针对大倾角厚煤层综放开采过程中顶煤漏冒与支架承载的区化特征，提出了支架工作阻力和顶煤放出量分区域控制方法。

关键技术之高煤壁稳定性控制：针对大倾角厚煤层综放开采过程中煤壁片帮加剧的现象，提出了“坚硬顶板耦合弱化、煤壁超前加固”的松软煤层高煤壁稳定性控制方法。

关键技术之异形断面巷道支护技术：提出了以锚杆为核心、锚索与棚架为主体并辅以注浆和表面封闭的多介质结构耦合支护理论与技术；发明了大倾角煤层长壁采场区段异形断面巷道整体高强度柔性支护方法。

关键技术之飞矸灾害全方位立体防护技术：针对大倾角煤层长壁工作面飞矸灾害难题，提出了“刚柔相济，横纵结合”的大倾角煤层长壁综采工作面安全防护体系。

工作面调伪斜与非线性布置

大范围岩层与顶煤分区域控制

异形断面巷道支护技术

提出了大倾角煤层长壁综采装备设计理论与方法，校企合作研发了成套装备，填补了成套特种综采装备空白。

基于以工作面支架为核心、提高支架、采煤机、输送机（三机）系统耦合程度与整体稳定性的装备设计思想，确立了大倾角状态下“三机”设计原则。提出了合理确定支架工作阻力和底板比压、提高纵-横向稳定性与调整能力、轻型化与高可靠性的工作面支架优化设计方法；四象限控制、增大牵引力与制动力、提高纵-横向稳定性和摇臂强制润滑能力、降低工作重心的采煤机设计方法；提高整体强度与自身防滑能力、增大功率和瞬时通过能力的输送机设计方法。协同研发了具有主动防倒防滑、自动扶正、稳定状态三维可调、防陷、护帮、工作阻力分区域电液控制等特点的工作面基本支架，具有横向布置、空间分隔、整体移动、全封闭等特点的工作面下端头支架，具有变频控制、牵截合一、强制润滑、过失保护等特点的采煤机和具有高强度、小比压、强制限位、主动防滑等特点的工作面输送机，解决了大倾角煤层长壁综采“三机”优化配套难题，提升了难采煤层综采成套装备研制水平。

适应不同埋藏与开采条件的大倾角煤层成套装备

推广应用情况

大倾角煤层是国际采矿界公认的复杂埋藏条件煤层和难采煤层，从上世纪70年代开始，俄罗斯、乌克兰、波兰、格鲁吉亚、乌兹别克斯坦曾开展过相关研究，除波兰在装备研制上有所进展外（在30°以上煤层中应用均未取得成功），在基础理论、关键技术和装备研究方面均未取得突破。大倾角煤层走向长壁综合机械化开采技术是我国具有自主知识产权且处于国际领先水平的煤炭开采技术，项目形成了“理论-技术-装备”集成技术创新，除在四川、甘肃、新疆、黑龙江、北京、宁夏、重庆、山西、贵州等省（区，市）的20多个矿井推广使用外，在国际上也具有很强竞争力，目前俄罗斯工业煤炭销售管理公司、乌兹别克斯坦沙尔贡煤炭公司已经引进了该项技术，并正在开展与波兰、印度、西班牙、越南等国家的技术合作推广。

团队成员简介

团队带头人

伍永平，教授，博士生导师，享受国务院特殊津贴专家，国务院学位委员会第七届学科评议组成员，全国优秀教师，陕西省“三秦学者”特聘岗位教授，教育部首批“新世纪优秀人才”，国家煤炭工业专业技术拔尖人才。主持有国家自然科学基金重点项目、重大研究计划等各类项目三十余项。获国家科技进步二等奖2项，省部级科学科技进步一等奖4项，二等奖5项。主导了我国大倾角煤层走向长壁综合机械化开采的科学研究与工程实践，提升了我国难采煤层开采技术水平。

团队核心成员

贠东风，教授，日本九州大学大学高级访问学者、中国煤炭教育协会“十三五”教材编委会采矿组编委、华蓥山煤业集团绿水洞煤矿荣誉矿工。主要从事难采煤层安全开采的教学与科研工作，主持或参与科研项目10余项，获国家科技进步二等奖1项、省部级奖6项，出版教材和专著6部，发表学术论文70余篇。

解盘石，博士，副教授，现任西安科技大学能源学院副院长，难采煤层安全高效开采理论与技术创新团队学术秘书，主持国家自然科学基金项目等10余项，主要从事大倾角煤层开采岩层控制、数值模拟计算方面的科研与教学工作。

高喜才，博士，副教授。现任西部煤炭绿色安全开发国家重点实验室副主任。主要从事矿山压力与岩层控制、复杂煤层绿色安全开采方面教学科研工作。

吕文玉，博士（后），副教授，先后主持国家自然科学基金（面上/青年）项目、陕西省自然科学基金项目等10余项，主要从事大倾角煤层充填开采理论与技术方面的研究。

王红伟，博士，副教授。主要从事大倾角、急倾斜采场覆岩岩体结构的形成与演化机理研究，主持国家自然科学基金面上项目、中国博士后科学基金面上资助项目等11项。

罗生虎，博士(后)，副教授。从事大倾角煤层开采岩层控制理论的研究工作，主持国家自然科学基金面上项目、陕西省自然科学基金项目等项目6项。

刘明，博士（后），副教授，硕士生导师。主要从事大倾角煤层开采飞矸灾害预测及防护方面的研究工作。主持国家自然科学基金项目1项，中国博士后科学基金面上项目1项。

李昂，博士（后），副教授，硕士生导师。陕西省岩土力学与工程学会理事会理事。主持国家自然科学基金1项及多项省部级课题，主要从事软岩底板隔水岩层组稳定的研究工作。

曾佑富，博士，讲师。主要从事煤矿地下开采、岩层控制和开采沉陷的防治方面的科研与教学工作。获得省部级奖励3项，国家专利1项，发表论文10余篇。

李季，博士，讲师，硕士生导师。从事巷道矿压理论与灾害防治、巷道快速与智能掘进等方面的研究工作，主持国家自然科学基金项目、省部级科研项目及企业合作科研项目等4项。

郎丁，博士，讲师。主要从事大倾角厚煤层综放开采岩层控制理论与技术方面的研究。主持国家自然科学基金项目1项，陕西省教育厅科研专项项目1项。