浅埋煤层岩层控制理论与技术
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发现了顶板剖面结构特征：初次非对称三铰拱结构，周期性台阶岩梁结构
非对称 三铰拱
初次来压结构特征
裂隙带
台阶 岩梁 冒落带
周期来压结构特征
大周期 小周期
近浅埋双关键层结构特征
揭示了顶板空间结构特征： 阐明了采场来压中部大，两端小，中部早，两端滞后的时空机理
老顶初次破断 非对称岩板结构
老顶周期性 弧形岩条 空间结构
附件13： 浅埋煤层保水开采岩层控制研究，煤炭学报，2017（1），日本JST全文翻译转载 附件14： 黄庆享，张文忠著. 《浅埋煤层条带充填保水开采岩层控制》 科学出版社，2014 附件15： 发明金奖，地层模拟实验用多介质耦合实验装置，陕西省总会等，2013.10 附件16： 发明专利，地层模拟实验用多介质耦合实验装置，ZL201010275048.5，2013.4 附件17： 发明专利，一种柔性条带充填保水开采方法，201510278433.8，2015.9 附件18： 发明专利，粘土类地层固液耦合水理性相似材料确定方法ZL201510049996.X，2016 附件19：浅埋煤层保水开采隔水层稳定性的模拟研究.岩石力学与工程学报，2009(5)：他引43次 附件20：固液耦合试验隔水层相似材料的研究.岩石力学与工程学报，2010(S1)：他引29次 附件21：浅埋煤层黏土隔水层下行裂隙弥合研究.采矿与安全工程学报, 2010(1)：他引22次 附件22：浅埋煤层开采隔水层位移规律相似模拟研究.煤田地质与勘探2006(5)：他引27次 附件23： 矸石电厂粉煤灰理化特性研究. 硅酸盐通报, 2009(6)：他引8次 附件24：基于采空区充填材料的煤矸石活化机理研究.太原理工大学学报，2013（6）
附件6：浅埋煤层采场老顶周期来压的结构分析. 《煤炭学报》创刊50年百篇论文，2014 附件7：浅埋煤层采场老顶周期来压的结构分析. 煤炭学报，1999(6)，他引206次，EI 附件8：采场老顶初次来压的结构分析. 岩石力学与工程学报，1998(5)，他引46次，EI 附件3：《浅埋煤层长壁开采顶板结构及岩层控制研究》，中国矿大出版社，2000，他引208次 附件9：厚砂土层顶板关键块动态载荷传递规律. 岩石力学与工程学报, 2004(24), 他引29次, EI 附件10：浅埋煤层长壁开采顶板结构与支护阻力确定.矿山压力， 2002(1)：他引38次 附件11：老顶岩块端角摩擦系数和挤压系数实验研究. 岩土力学，2000(1)：他引37次，EI 附件5： 《矿山压力与岩层控制》第十章，中国矿大出版社，2010，开辟新章 附件12： 《煤矿总工程师技术手册》，煤炭工业出版社，2010
2014
2016
长期积累，原始创新，应用广泛
二、创新成果主要内容
成果一
揭示了浅埋煤层覆岩结构特征，建立了浅埋煤层定义
国家自然科学基金50104009，新世纪优秀人才计划NCET040971
浅埋煤层矿压特征与浅埋煤层科学定义 ①浅埋矿压特征：薄基岩全厚切落，非稳态顶板结构，动压强烈 ②典型浅埋煤层：单一关键层，台阶下沉，顶板垮落“两带” ③近浅埋煤层 ：双关键层结构，大小周期来压
Rt
≥
i
− sinθ1max + sinθ1 − 0.5 i − 2isinθ1max + sinθ1
P1
大采高顶板结构理论 提出了等效直接顶及分类 建立了高位台阶岩梁模型 揭示了大采高持续高压机理
θ
C
h1
M
A R1
h2 Σhi
h3
R2 R3
p m
d WB
N
测定了端角挤压和摩擦系数 促进了结构分析由定性向定量发展 创新了岩块端角力学实验方法 避免了传统理论25%的误差
H 为隔水岩组厚度；Hs为上行裂隙高度； Hx为下行裂隙深度；M 为采高。
提出了保水开采分类，编制了生态水位保护采煤方法规划图
wenku.baidu.com
分区
隔水岩 组厚度
自然保水 ＞33倍 开采区 采高
长壁限高 18-33倍 综采区 采高
局部充填 ＜18倍 开采区 采高
贫水(综) ＜18倍 开采区 采高
采煤 方法
综采 综放
浅埋煤层国际罕见，岩层控制理论与技术，必须立足自主创新
柠条塔矿
大柳塔矿
采动地裂缝发育，水土流失严重
来压强烈，支架压毁，损失严重
2 总体思路
解决三方面难题，支撑浅埋煤层安全、高效、绿色开采：
掌握 覆岩垮落规律 建立 顶板结构模型
沙土载荷传递
揭示
埋藏浅压力大 的机理
条带充填 开发 隔水层实验技术 建立 隔水力学模型
支撑材料
论著3篇（部），他引达598次 编入《矿山压力与岩层控制》国家规划教材
2016年陕西省高校科学技术一等奖
附件1：浅埋煤层开采岩层控制理论，陕西高校科学技术一等奖， 陕西省教育厅，2016.3
附件2：浅埋煤层的矿压特征与浅埋煤层定义，岩石力学与工程学报，2002(8)：他引258次 附件3：《浅埋煤层长壁开采顶板结构及岩层控制研究》 中国矿大出版社，2000：他引268次 附件4：近浅埋煤层大采高矿压显现规律实测.矿山压力与顶板管理，2003(3)：他引72次 附件5：钱鸣高主编《矿山压力与岩层控制》第十章，中国矿大出版社，2010 他引未统计
本项创新，发展了 浅埋煤层保水开采岩层控制理论与技术
促进了浅埋煤层绿色开采
创新点四
开发了浅埋煤层开采岩层控制技术
（一）采场岩层控制技术
提出了大采高工作面合理支架阻力确定方法
发明专利 201610301922.1
解决采场支架选型难题，避免了切顶、压架事故 实用新型 201620427660.2
∑ ∑ ∑ PZ
掌握 充填保水开采 确定
隔水层稳定性
合理充填参数
开发 采场支护技术 破解 巷道支护技术
浅埋大采高 初采、末采、
支护难题
浅埋煤层
安全
顶板结构 支撑 开采
理论
浅埋煤层 充填保水
支撑
绿色
开采理论
开采
浅埋 煤层 安全 高效 绿色 开采
浅埋煤层 岩层控制
支撑
高效 开采
技术
技术路线
浅埋煤层岩层控制 理论与技术
当前无法显示此图像。
A
hX
=
H
−
RT Eβm2eβmxc (b1 cos βm xc
− a1 sin βm xc )
− hu
建立了条带充填隔水层稳定性判据 haq
hd = H – (hs+ hx) ≥ (3-5)M
B
0
W max
有效隔水层
水平变形曲线
C
D
下沉曲线
δ0
θm
区段煤柱
θf
充填条带
发明了柔性条带充填保水开采技术 发明专利 ZL201510278433.8
限高 分层
局部 充填
综采
采煤方法规划图
建立了条带充填保水开采岩层控制理论
提出了柔性条带充填隔水层连续梁力学模型
下下行裂 行隙裂隙
有效效 有 隔水隔 水 岩组岩
组
粘 黏土土层层 基基岩 岩层层
I1 = 1
L1
充填体
3
2 L2
3 L3
充填体
4 L4
I6 = 5
L5
煤煤层层
6
确定了上行裂隙和下行裂隙发育深度
首次编入 新世纪计划 规划教材 浅埋开采与环境
1993
1998
2000
2001
2002
2003
2004
理论技术编入 《国家规划教材》 《煤矿总工手册》
丰富和发展 国家基金大采高开采 技术开发 国家基金充填保水开采 发明金奖
出版新专著
凝练总结
煤炭学报百篇论文 陕西高校科技一等奖
2010
2011
2013
规律
覆岩垮落规律 结构特征、载荷传递
采场来压规律
理论
技术 实践
浅埋煤层定义、顶板结构理论
保水开采岩层控制理论
大采高岩层控制理论
浅埋煤层采场、巷道支护技术 实践-完善
研究历程：1993-2016 历时23年
博士论文研究 初建
出版首部
浅埋岩层控制 顶板结构 浅埋专著
国家基金
载荷传递
提出
动态结构理论 浅埋煤层定义
ρg
+
KG h1l1
ρ1 g )
（初次来压）
Rt
≥
i
− sinθ1max + sinθ1 − 0.5 i − 2isinθ1max + sinθ1
(hl1 ρg
+
KGh1l1 ρ1g（) 周期来压）
弧形岩柱 卸荷拱
沙土层
关键层 煤层
支撑材料
编入《煤矿总工手册》和《国家规划教材》 2014获《煤炭学报》50年百篇论文，他引615次
② 粘土类地层固液耦合相似模拟材料 发明专利ZL201510049996.X
③ 实现了隔水层水理性和应力应变全程相似的突破
B3 8 9 7 6
5 4
3
B2
B1
B8
21 20 B7 B6
2
1
1800
固液耦合模拟装置
10
30
25
20
15
16
10
17 18
5
19 0 0
黄土
黏土
12345678 ε /%
隔水层应力应变全程相似
回风巷
30° 开切眼
运输巷
l
(a)端部双向“八”字形
回风巷
开切眼 30° l
运输巷 回风巷
(b)中部双向“八”字形
运输巷 30° l 开切眼
(c)端部单向小角度
开切眼 回撤通道
过空巷顶板控制技术
新掘空巷斜交设计
过平行旧空巷技术
实用新型 ZL201520123661.3
风积沙70%；水泥6%；粉煤灰7.7%；添加剂0.3%；水16% 容许7-10%的条带压缩率，降低材料成本
0
10
20 累 30 计 40 筛 余 50 量 60 % 70
80
90
100 0.16 0.315 0.63 1.25 2.5 5.0 筛孔/mm
支撑材料
发明专利3项，2013发明金奖，2017JST全文译载 2014年出版专著1部，论著他引129次
全国煤矿支护技术创新成果汇报
浅埋煤层岩层控制理论与技术
汇报提纲
一、研究背景及总体思路 二、创新成果主要内容 三、成果质量与水平 四、应用推广及经济社会效益
一、研究背景及总体思路
1 立项背景 我国西部浅部煤层储量丰富，神
府东胜煤田探明储量占全国1/3，
基地 神东，陕北 矿区 神府 榆神 榆横 府谷 产量 超过4亿吨/年
创新点二
创立了浅埋煤层顶板结构理论
国家自然科学基金（51174278，50104009）
采场初次来压顶板结构理论
提出了非对称三铰拱结构模型
揭示了初次空间滑落动压机理
R01
≥
(0.54
−
i
0.24 − sinθ1
) P01
采场周期来压顶板结构理论
提出了台阶岩梁结构模型
揭示了滑落失稳动压机理
破解了浅埋浅、压力大机理难题
隔水层裂隙发育规律
1925 1745
σ /kPa
揭示了“上行裂隙”和“下行裂隙”发育及导水规律 建立了隔水岩层的隔水性判据
上行裂隙带高度：H s
=
2.67M
Ts tan β
下行裂隙带深度： H x = K M
保水开采的隔水性判据：
H / M≥(Hs + H x ) / M + 3 (含土层) = H / M≥(Hs + H x ) / M + 5 (全基岩)
发现了厚沙土层动态载荷传递规律 提出了载荷传递因子
KG = l1Kt / 2h1λ tan ϕ
发展了动态结构理论 揭示了工作面提速减压机理
提出支架“给定失稳载荷”状态
阐明了合理支护降低失稳载荷的机理
发展了采场支架围岩关系
建立了采场顶板控制计算方法
R1
≥
(0.54
−
i
0.24 − sinθ1
)(hl1
以上创新，奠定了 浅埋煤层采场顶板支护的理论基础 有力支撑了浅埋大煤田安全开采
创新点三
建立了浅埋煤层保水开采岩层控制理论与技术
国家自然科学基金 51174156，陕西省社发攻关项目2010
发明了固液耦合模拟实验技术
2013年发明金奖
① 地层模拟实验用多介质耦合装置
发明专利ZL201010275048.5
为世界七大煤田之一
目前，已建成年产超过4亿吨的现
代化特大型矿区，是我国最重要
的能源基地
浅埋煤层安全、高效、绿色开采，
对陕西经济和国家能源具有重要
支撑作用
浅埋薄基岩条件特殊，传统理论不适用，开采面临巨大挑战 ① 顶板台阶下沉，支架压毁，经济损失巨大，威胁安全生产 ② 煤层埋藏浅，高强度开采，环境破坏严重，社会矛盾凸显 ③ 近年来，大采高的普及，保水开采的发展，理论亟待创新
≥
bγ ( Lk
+
1 2
hcotβ )
h + 1 − 4[h − M
2hsinθ + l + (Kp − 1)
h
−
lsinθ
]
bP1
R1
h2
R2 l
h3
R3 a lk
p m
浅埋大采高工作面合理支架阻力计算方法
初采悬顶控制技术 超深孔爆破，解决大范围悬顶，避免垮落灾害 实用新型 ZL201620196034.7
确定了合理条带宽度、间隔宽度计算方法
上行裂隙高度—— 间隔宽度 ——条带载荷
下行裂隙深度——隔水层扰度——条带压缩率
高宽比 L ≥ 1.4 20(1+ K )γH −1.7 隔充比 K = (W f − ∆)E f −1
3δ c
(M − ∆)γH
开发了高沙基充填材料和工艺
提出了早期自稳强度确定方法，开发了陕北高沙充填材料配方
非对称 三铰拱
初次来压结构特征
裂隙带
台阶 岩梁 冒落带
周期来压结构特征
大周期 小周期
近浅埋双关键层结构特征
揭示了顶板空间结构特征： 阐明了采场来压中部大，两端小，中部早，两端滞后的时空机理
老顶初次破断 非对称岩板结构
老顶周期性 弧形岩条 空间结构
附件13： 浅埋煤层保水开采岩层控制研究，煤炭学报，2017（1），日本JST全文翻译转载 附件14： 黄庆享，张文忠著. 《浅埋煤层条带充填保水开采岩层控制》 科学出版社，2014 附件15： 发明金奖，地层模拟实验用多介质耦合实验装置，陕西省总会等，2013.10 附件16： 发明专利，地层模拟实验用多介质耦合实验装置，ZL201010275048.5，2013.4 附件17： 发明专利，一种柔性条带充填保水开采方法，201510278433.8，2015.9 附件18： 发明专利，粘土类地层固液耦合水理性相似材料确定方法ZL201510049996.X，2016 附件19：浅埋煤层保水开采隔水层稳定性的模拟研究.岩石力学与工程学报，2009(5)：他引43次 附件20：固液耦合试验隔水层相似材料的研究.岩石力学与工程学报，2010(S1)：他引29次 附件21：浅埋煤层黏土隔水层下行裂隙弥合研究.采矿与安全工程学报, 2010(1)：他引22次 附件22：浅埋煤层开采隔水层位移规律相似模拟研究.煤田地质与勘探2006(5)：他引27次 附件23： 矸石电厂粉煤灰理化特性研究. 硅酸盐通报, 2009(6)：他引8次 附件24：基于采空区充填材料的煤矸石活化机理研究.太原理工大学学报，2013（6）
附件6：浅埋煤层采场老顶周期来压的结构分析. 《煤炭学报》创刊50年百篇论文，2014 附件7：浅埋煤层采场老顶周期来压的结构分析. 煤炭学报，1999(6)，他引206次，EI 附件8：采场老顶初次来压的结构分析. 岩石力学与工程学报，1998(5)，他引46次，EI 附件3：《浅埋煤层长壁开采顶板结构及岩层控制研究》，中国矿大出版社，2000，他引208次 附件9：厚砂土层顶板关键块动态载荷传递规律. 岩石力学与工程学报, 2004(24), 他引29次, EI 附件10：浅埋煤层长壁开采顶板结构与支护阻力确定.矿山压力， 2002(1)：他引38次 附件11：老顶岩块端角摩擦系数和挤压系数实验研究. 岩土力学，2000(1)：他引37次，EI 附件5： 《矿山压力与岩层控制》第十章，中国矿大出版社，2010，开辟新章 附件12： 《煤矿总工程师技术手册》，煤炭工业出版社，2010
2014
2016
长期积累，原始创新，应用广泛
二、创新成果主要内容
成果一
揭示了浅埋煤层覆岩结构特征，建立了浅埋煤层定义
国家自然科学基金50104009，新世纪优秀人才计划NCET040971
浅埋煤层矿压特征与浅埋煤层科学定义 ①浅埋矿压特征：薄基岩全厚切落，非稳态顶板结构，动压强烈 ②典型浅埋煤层：单一关键层，台阶下沉，顶板垮落“两带” ③近浅埋煤层 ：双关键层结构，大小周期来压
Rt
≥
i
− sinθ1max + sinθ1 − 0.5 i − 2isinθ1max + sinθ1
P1
大采高顶板结构理论 提出了等效直接顶及分类 建立了高位台阶岩梁模型 揭示了大采高持续高压机理
θ
C
h1
M
A R1
h2 Σhi
h3
R2 R3
p m
d WB
N
测定了端角挤压和摩擦系数 促进了结构分析由定性向定量发展 创新了岩块端角力学实验方法 避免了传统理论25%的误差
H 为隔水岩组厚度；Hs为上行裂隙高度； Hx为下行裂隙深度；M 为采高。
提出了保水开采分类，编制了生态水位保护采煤方法规划图
wenku.baidu.com
分区
隔水岩 组厚度
自然保水 ＞33倍 开采区 采高
长壁限高 18-33倍 综采区 采高
局部充填 ＜18倍 开采区 采高
贫水(综) ＜18倍 开采区 采高
采煤 方法
综采 综放
浅埋煤层国际罕见，岩层控制理论与技术，必须立足自主创新
柠条塔矿
大柳塔矿
采动地裂缝发育，水土流失严重
来压强烈，支架压毁，损失严重
2 总体思路
解决三方面难题，支撑浅埋煤层安全、高效、绿色开采：
掌握 覆岩垮落规律 建立 顶板结构模型
沙土载荷传递
揭示
埋藏浅压力大 的机理
条带充填 开发 隔水层实验技术 建立 隔水力学模型
支撑材料
论著3篇（部），他引达598次 编入《矿山压力与岩层控制》国家规划教材
2016年陕西省高校科学技术一等奖
附件1：浅埋煤层开采岩层控制理论，陕西高校科学技术一等奖， 陕西省教育厅，2016.3
附件2：浅埋煤层的矿压特征与浅埋煤层定义，岩石力学与工程学报，2002(8)：他引258次 附件3：《浅埋煤层长壁开采顶板结构及岩层控制研究》 中国矿大出版社，2000：他引268次 附件4：近浅埋煤层大采高矿压显现规律实测.矿山压力与顶板管理，2003(3)：他引72次 附件5：钱鸣高主编《矿山压力与岩层控制》第十章，中国矿大出版社，2010 他引未统计
本项创新，发展了 浅埋煤层保水开采岩层控制理论与技术
促进了浅埋煤层绿色开采
创新点四
开发了浅埋煤层开采岩层控制技术
（一）采场岩层控制技术
提出了大采高工作面合理支架阻力确定方法
发明专利 201610301922.1
解决采场支架选型难题，避免了切顶、压架事故 实用新型 201620427660.2
∑ ∑ ∑ PZ
掌握 充填保水开采 确定
隔水层稳定性
合理充填参数
开发 采场支护技术 破解 巷道支护技术
浅埋大采高 初采、末采、
支护难题
浅埋煤层
安全
顶板结构 支撑 开采
理论
浅埋煤层 充填保水
支撑
绿色
开采理论
开采
浅埋 煤层 安全 高效 绿色 开采
浅埋煤层 岩层控制
支撑
高效 开采
技术
技术路线
浅埋煤层岩层控制 理论与技术
当前无法显示此图像。
A
hX
=
H
−
RT Eβm2eβmxc (b1 cos βm xc
− a1 sin βm xc )
− hu
建立了条带充填隔水层稳定性判据 haq
hd = H – (hs+ hx) ≥ (3-5)M
B
0
W max
有效隔水层
水平变形曲线
C
D
下沉曲线
δ0
θm
区段煤柱
θf
充填条带
发明了柔性条带充填保水开采技术 发明专利 ZL201510278433.8
限高 分层
局部 充填
综采
采煤方法规划图
建立了条带充填保水开采岩层控制理论
提出了柔性条带充填隔水层连续梁力学模型
下下行裂 行隙裂隙
有效效 有 隔水隔 水 岩组岩
组
粘 黏土土层层 基基岩 岩层层
I1 = 1
L1
充填体
3
2 L2
3 L3
充填体
4 L4
I6 = 5
L5
煤煤层层
6
确定了上行裂隙和下行裂隙发育深度
首次编入 新世纪计划 规划教材 浅埋开采与环境
1993
1998
2000
2001
2002
2003
2004
理论技术编入 《国家规划教材》 《煤矿总工手册》
丰富和发展 国家基金大采高开采 技术开发 国家基金充填保水开采 发明金奖
出版新专著
凝练总结
煤炭学报百篇论文 陕西高校科技一等奖
2010
2011
2013
规律
覆岩垮落规律 结构特征、载荷传递
采场来压规律
理论
技术 实践
浅埋煤层定义、顶板结构理论
保水开采岩层控制理论
大采高岩层控制理论
浅埋煤层采场、巷道支护技术 实践-完善
研究历程：1993-2016 历时23年
博士论文研究 初建
出版首部
浅埋岩层控制 顶板结构 浅埋专著
国家基金
载荷传递
提出
动态结构理论 浅埋煤层定义
ρg
+
KG h1l1
ρ1 g )
（初次来压）
Rt
≥
i
− sinθ1max + sinθ1 − 0.5 i − 2isinθ1max + sinθ1
(hl1 ρg
+
KGh1l1 ρ1g（) 周期来压）
弧形岩柱 卸荷拱
沙土层
关键层 煤层
支撑材料
编入《煤矿总工手册》和《国家规划教材》 2014获《煤炭学报》50年百篇论文，他引615次
② 粘土类地层固液耦合相似模拟材料 发明专利ZL201510049996.X
③ 实现了隔水层水理性和应力应变全程相似的突破
B3 8 9 7 6
5 4
3
B2
B1
B8
21 20 B7 B6
2
1
1800
固液耦合模拟装置
10
30
25
20
15
16
10
17 18
5
19 0 0
黄土
黏土
12345678 ε /%
隔水层应力应变全程相似
回风巷
30° 开切眼
运输巷
l
(a)端部双向“八”字形
回风巷
开切眼 30° l
运输巷 回风巷
(b)中部双向“八”字形
运输巷 30° l 开切眼
(c)端部单向小角度
开切眼 回撤通道
过空巷顶板控制技术
新掘空巷斜交设计
过平行旧空巷技术
实用新型 ZL201520123661.3
风积沙70%；水泥6%；粉煤灰7.7%；添加剂0.3%；水16% 容许7-10%的条带压缩率，降低材料成本
0
10
20 累 30 计 40 筛 余 50 量 60 % 70
80
90
100 0.16 0.315 0.63 1.25 2.5 5.0 筛孔/mm
支撑材料
发明专利3项，2013发明金奖，2017JST全文译载 2014年出版专著1部，论著他引129次
全国煤矿支护技术创新成果汇报
浅埋煤层岩层控制理论与技术
汇报提纲
一、研究背景及总体思路 二、创新成果主要内容 三、成果质量与水平 四、应用推广及经济社会效益
一、研究背景及总体思路
1 立项背景 我国西部浅部煤层储量丰富，神
府东胜煤田探明储量占全国1/3，
基地 神东，陕北 矿区 神府 榆神 榆横 府谷 产量 超过4亿吨/年
创新点二
创立了浅埋煤层顶板结构理论
国家自然科学基金（51174278，50104009）
采场初次来压顶板结构理论
提出了非对称三铰拱结构模型
揭示了初次空间滑落动压机理
R01
≥
(0.54
−
i
0.24 − sinθ1
) P01
采场周期来压顶板结构理论
提出了台阶岩梁结构模型
揭示了滑落失稳动压机理
破解了浅埋浅、压力大机理难题
隔水层裂隙发育规律
1925 1745
σ /kPa
揭示了“上行裂隙”和“下行裂隙”发育及导水规律 建立了隔水岩层的隔水性判据
上行裂隙带高度：H s
=
2.67M
Ts tan β
下行裂隙带深度： H x = K M
保水开采的隔水性判据：
H / M≥(Hs + H x ) / M + 3 (含土层) = H / M≥(Hs + H x ) / M + 5 (全基岩)
发现了厚沙土层动态载荷传递规律 提出了载荷传递因子
KG = l1Kt / 2h1λ tan ϕ
发展了动态结构理论 揭示了工作面提速减压机理
提出支架“给定失稳载荷”状态
阐明了合理支护降低失稳载荷的机理
发展了采场支架围岩关系
建立了采场顶板控制计算方法
R1
≥
(0.54
−
i
0.24 − sinθ1
)(hl1
以上创新，奠定了 浅埋煤层采场顶板支护的理论基础 有力支撑了浅埋大煤田安全开采
创新点三
建立了浅埋煤层保水开采岩层控制理论与技术
国家自然科学基金 51174156，陕西省社发攻关项目2010
发明了固液耦合模拟实验技术
2013年发明金奖
① 地层模拟实验用多介质耦合装置
发明专利ZL201010275048.5
为世界七大煤田之一
目前，已建成年产超过4亿吨的现
代化特大型矿区，是我国最重要
的能源基地
浅埋煤层安全、高效、绿色开采，
对陕西经济和国家能源具有重要
支撑作用
浅埋薄基岩条件特殊，传统理论不适用，开采面临巨大挑战 ① 顶板台阶下沉，支架压毁，经济损失巨大，威胁安全生产 ② 煤层埋藏浅，高强度开采，环境破坏严重，社会矛盾凸显 ③ 近年来，大采高的普及，保水开采的发展，理论亟待创新
≥
bγ ( Lk
+
1 2
hcotβ )
h + 1 − 4[h − M
2hsinθ + l + (Kp − 1)
h
−
lsinθ
]
bP1
R1
h2
R2 l
h3
R3 a lk
p m
浅埋大采高工作面合理支架阻力计算方法
初采悬顶控制技术 超深孔爆破，解决大范围悬顶，避免垮落灾害 实用新型 ZL201620196034.7
确定了合理条带宽度、间隔宽度计算方法
上行裂隙高度—— 间隔宽度 ——条带载荷
下行裂隙深度——隔水层扰度——条带压缩率
高宽比 L ≥ 1.4 20(1+ K )γH −1.7 隔充比 K = (W f − ∆)E f −1
3δ c
(M − ∆)γH
开发了高沙基充填材料和工艺
提出了早期自稳强度确定方法，开发了陕北高沙充填材料配方