富煤、贫油、少气为我国能源的基本国情，决定了我国短期内以煤炭能源为主体的战略格局不会发生根本性的改变，2021 年，我国原煤产量完成了41.3 亿t，同比增长5.7%，创历史新高；全国累计建成800 多个智能化采掘工作面，煤矿个数压缩到4500 座以下，现代化煤炭产业体系建设取得积极进展。与煤炭产量持续增长、现代化矿井建设并存的首先是井工矿的回采率问题，何满潮院士在全国政协委员会上指出，我国地下煤炭采出率不足50%，同时指出我国矿井冲击地压日趋严重的问题。因此，我国回采率与动力灾害问题是最紧迫的亟待解决的任务。
实际上，冲击地压与回采率之间存在一个共性问题——煤柱。煤柱的功能概括起来为“保护”与“边界”，是我国井工开采的最重要特征之一，地下煤柱包括工业广场保护煤柱、大巷保护煤柱、上下山保护煤柱、构造保护煤柱、硐室保护煤柱，以及采区、带区边界煤柱、井田边界煤柱，在我国煤炭工业发展过程中一直沿用该模式。但是，对于现代采矿来说，煤柱已经逐渐成为井工开采的问题所在，比如，工作面之间留设的煤柱本身往往集中较大的应力，因此造成煤柱或相邻巷道动力灾害的发生；工作面间煤柱支撑顶板，当煤柱达不到对覆岩的有力支撑，顶板会大面积垮落，采场易出现顶板型动力灾害问题；工作面推进方向末采阶段保护煤柱存在同样的问题，受末采煤柱影响的大巷或上山服务年限更长，因此，末采煤柱的留设易造成相邻井巷工程长期处于较高载荷作用，且存在动力灾害问题。
▲ 井工开采分析模型图
1-主井；2-副井；3-井底车场；4-主运输石门；5-水平运输大巷；6-风井；7-阶段回风石门；8-阶段回风大巷；9-采区运输石门；10-采区下部车场；11-采区下部材料车场；12-采区煤仓；13-采区运输上山；14-采区轨道上山；15-采区上山绞车房；16-采区上山绞车房回风斜巷；17-采区回风石门；18-采区上部车场；19-采区中部车场；20-区段运输平巷；21-下区段回风平巷；22-联络巷；23-区段回风平巷；24-开切眼；25-采煤工作面；26-采空区；27-采区变电所
煤柱的留设不仅仅影响本煤层，对于相邻煤层的影响同样至关重要，如我国普遍存在的工作面间煤柱、大巷或上下山煤柱造成邻近煤层的应力集中及衍生灾害等问题。为此，乔建永教授提出地下资源(煤炭)连续开采思想，这一技术思路把地下资源(煤炭)和周边地质环境看作一个有机整体，在开发过程中使用技术手段保证包括资源几何体、地应力场在内的数学模型在时间和空间维度上连续变化，从而为规避灾害、提高生产效率和智能化开采水平创造科学的工程环境。
为了实现这一具体目标，需要在首次或者通过二次复采将采空区煤柱与残煤尽可能采出，那么可实现资源(煤炭)及其周围地质环境连续形变的开采技术，也是简化矿井生产环节，提高生产集约化程度，实现绿色安全高效开采的有效途径。王国法院士在解析煤矿智能化十大“痛点”时明确指出了“采掘失衡、掘支失衡”问题，面对这一前沿问题，首先，应该在开采区域内能采当采，给掘进以更加充分的时间；其次，必须简化巷道布置，改善其承载带来的矿井支护难度大、耗时长的现状，实现这一目标的根本在于不留煤柱实现连续开采，且对取消煤柱带来的覆岩运动与失稳、矿山压力显现规律甚至冲击地压等动力灾害进行有效预防。
▋地下连续开采技术及科学问题
（乔建永，王志强著. 北京：科学出版社，2023.12）针对长壁式开采体系，在关注提高井工开采回采率的同时，聚焦降低井工开采存在的强矿压问题。在应用300余年井工开采壁式体系留煤柱的基础上展开，拟实现取消采区或带区的煤柱，建立“连续开采”技术体系，在提高地下开采回采率的同时，形成“能量来源—传递路径—作用对象”的链式动力结构，为改善常规应力环境与冲击地压的预防提供新的思路。
▲ 110/N00 工法示意图
提出了“连续开采”理念并建立了相应的技术体系，包括工作面之间的无煤柱连续开采技术——“厚煤层错层位巷道布置采全厚采煤法”与N00/110 工法，介绍了相应的关键技术与创新理论。
本书以井工煤矿壁式体系采煤法为背景，在原有壁式开采体系的基础上，完成如下内容。
综合冲击地压影响因素的贝叶斯网络数学计算方法。
连续开采概念的提出与典型方法。
基于“致灾位移”与“矿压峰值极限”数学思想的巷道围岩动力学分析及连续开采的技术突破。
实现连续开采的技术创新保障体系。
连续开采的三种典型模式——以华丰煤矿、梧桐庄煤矿和东欢坨煤矿为例。
▋连续开采亟待解决的“十大问题”
本书从我国井工开采现状入手，给出了基本概念，建立了开采影响因素库，先后形成了工作面间与末采的连续开采体系，并赋予其数学思想及指导方向，在此基础上，补充了保障技术体系，且以三个完全不同的地质条件和工程难题为背景，证明了“连续开采”的价值与前景，但是结合井工开采现状、前瞻科学及发展方向，“连续开采”尚需解决或拓展其适用范围，具体如下。
第一，采区与带区开采的“时间连续”“空间连续”的实践应用待展开。
第二，我国井工矿经历70 余年壁式体系开采，地下完整煤层比例逐年降低，因此，需要结合我国地下残煤实现“二次连续”开采技术，要解决的问题包括工作面采空区间留设的大煤柱、推进方向末采残留的大煤柱、上山或大巷之间的煤柱等。
第三，地下开采由各类煤柱与采空区构成，应当视为一个整体系统，我们应当尝试建立连续煤层在开采过程中受连续与离散开采对原平衡系统的变化，应当挖掘系统的动态变化特征，建立针对矿井的系统模型，从而确定科学合理的时间与空间连续开采体系。
第四，动力灾害的发生是一个复杂问题，矿井动力灾害的鉴定需要针对整体系统建立评判指标，确定危险区域，从而实施针对性的防治方案。
第五，连续开采势必形成覆岩运动的连续化，继而会影响到地表，那么连续开采中应当综合考虑地表破坏与复垦、保水开采等问题，形成保障与修复体系。
第六，地下水库作为保水开采前沿方向，采空区与作为坝体的煤柱是重要的空间与结构；连续开采带来的地下空间特征会对地下水库带来何种影响，应是我们进一步思考的问题。
第七，连续开采带来的采空区范围是连续扩大的，那么对于瓦斯的解吸与流动会带来什么样的影响，是否能够建立集中采集站，其抽采浓度在什么情况下满足使用要求，需要我们思考。
第八，地下连续开采对地下 “碳封存”会产生什么样的影响？
第九，地质条件是确定井工开采的先决条件，设计参数或回采技术参数与地质条件决定了地下开采的重大问题，应采用数学方法建立反映真实情况的数学模型与系统，需进一步搭建系统工程，通过条件的输入形成“潜在问题”输出，实现地下开采的“透明化”。
第十，地下矿井开采的“智能化”、“数字化”以及“无人化”是未来发展目标，需要建立可复制系统实现顺利、连续开采，避免设备的不适应与开采带来的种种问题。
本文摘编自《地下连续开采技术及科学问题》（乔建永，王志强著. 北京：科学出版社，2023.12）一书“第1 章 井工开采技术特征与现状”“第7 章 连续开采亟待解决的“十大问题”，有删减修改，标题为编者所加。
ISBN 978-7-03-077722-5
责任编辑：李 雪 李亚佩
针对传统长壁式开采体系始终存在的回采率问题与我国日益严重的动力灾害问题，通过建立贝叶斯神经网络方法，对影响回采率与强矿压两个问题的子因素进行分析，提出了“连续开采”概念，利用数学方法阐述其“复动力系统的规避致灾位移”的科学内涵。在此基础上，进一步提出了地下开采区域完全无煤柱的发明专利技术，并辅以保证实施的全套技术。最后，基于“连续开采”思想，介绍了工作面间无煤柱、工作面末采无煤柱与开采区域无煤柱三种连续开采的工程应用情况。
本书可作为高等院校、科研院所采矿工程相关专业的科研与教学用书，也可作为煤炭企业生产管理者、技术人员的参考书。
（本文编辑：刘四旦）
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