本书丰富并发展了特厚煤层综放沿空掘巷和石炭系坚硬顶板切顶留巷矿压控制原理及其技术体系，系统总结了特厚煤层综放沿空掘巷上覆基本顶悬板大结构破断活化机理及侧向高支承应力跃迁特性，分析了特厚煤层沿空掘巷上覆高低位关键块体失稳灾变条件，给出了特厚煤层大型综放沿空煤巷在窄煤柱大断面超强采动条件下的科学控制方案。针对坚硬顶板切顶留巷围岩控制难题，研发了三向卸压聚能预裂爆破装置，阐明了坚硬顶板切顶留巷围岩破坏机理，提出了石炭系坚硬顶板切顶留巷围岩随态控制方法。本书丰富了矿山压力与岩层控制理论，为沿空煤巷及无煤柱开采围岩灾害防治提供了关键科技支撑，对引领煤炭产业科技和生产力进步有着重要的理论和实践意义。
煤炭是我国的基础能源和工业原料，长期以来为我国社会经济可持续发展和国家能源战略安全提供了有力保障，在国民经济中发挥着“压舱石”的重要作用。近年来，为响应国家建设资源节约型矿井的号召，针对综放区段煤柱留设难题，一大批煤炭企业和科研院所进行了大量有益探索和工程实践，实现区段煤柱宽度由三十多米缩减至6～8m，取得了良好的经济和社会效益，此外伴随着无煤柱开采技术的推广应用，煤炭资源得到更高效的开发利用。然而在特厚煤层或坚硬顶板等复杂地质条件下，窄煤柱沿空掘巷和无煤柱沿空留巷尚存在诸多矿压难题和关键技术需要克服和攻关。
我国特厚煤层(煤厚大于8m)储量丰富，在山西、内蒙古、陕西、新疆等矿区大量赋存，并成为大批年产千万吨级矿井的主采煤层。特厚煤层综合机械化放顶煤开采相对其他类型开采具有单产特大、工效超高、效益显著等无可比拟的优越性，但采放高度和开采空间超大伴随的围岩复杂剧烈活动极易引发矿山安全灾害。此外，在大同矿区坚硬顶板地质条件下推广无煤柱开采技术，坚硬顶板大面积悬顶将会产生剧烈的动载矿压，严重威胁巷道的安全和畅通。因此，保障特厚煤层综放沿空掘巷和坚硬顶板切顶留巷围岩稳定成为采矿学科和岩层控制的科技前沿和突出难题。
沿空掘巷覆岩破断失稳与运移特征
不同支护方案下围岩位移云图
通过在大同、平朔等矿区10～20m特厚煤层大型综放开采长期实践发现，综放区段窄煤柱沿空掘巷顶帮煤体破坏范围、破坏程度及矿压问题急剧加大，在强调沿空掘巷顶板控制而忽视帮部的前提下，顶板即便在超高强度集束锚索、密集锚杆与W钢带联合支护下仍出现顶板强烈下沉、两帮大幅收敛、底板鼓起、支护体损坏等强烈矿压显现现象，部分沿空煤巷甚至出现局部或大面积垮冒闭合事故，严重威胁矿井安全高效生产。整体来看，特厚煤层综放沿空煤巷基本顶悬板结构大面积破断失稳运动、侧向高支承应力变迁乃至突变、顶帮煤体大纵深异常失稳破坏，三者联动演化必然导致沿空煤巷矿山压力和系统控制环境明显严重恶化，这对矿业工程中沿空煤巷经典矿山压力理论认知与控制技术提出了全新的挑战。
在无煤柱开采方面，作者现场调研了大同矿区、朔南矿区和轩岗矿区，发现上述矿区因赋存侏罗系和石炭系“双系”煤层，上覆岩层类型属于典型的坚硬砂岩顶板，广泛分布着细砂岩、粉砂岩、中砂岩、含砾粗砂岩等坚硬岩层，坚硬岩层比例占到了60%以上，局部区域坚硬岩层占比可达80%。在此类赋存条件下进行无煤柱开采，坚硬顶板大面积悬顶极易诱发矿山冲击动力灾害，从而造成巷道支护结构失效损毁、冒顶、片帮等强矿压显现，坚硬顶板切顶留巷围岩控制已成为煤炭安全高效开发亟须解决的突出难题。
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