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深地資源開(kāi)發(fā)是我國(guó)未來(lái)科技發(fā)展的重要方向[1]。煤炭是我國(guó)的主體能源，埋深 2 000 m 以淺的煤炭資源總量為 5. 9 萬(wàn)億 t，其中埋深超過(guò) 1 000 m 的占 50%以上，主要分布在我國(guó)中東部地區(qū)，該地區(qū)的煤礦大部分已進(jìn)入深部開(kāi)采[2-3]。為保證中東部經(jīng)濟(jì)快速發(fā)展的能源供給，千米深井煤炭資源開(kāi)發(fā)勢(shì)在必行，這對(duì)于保障國(guó)家能源安全、支撐經(jīng)濟(jì)發(fā)展具有重要戰(zhàn)略意義。與淺部煤礦相比，千米深井地應(yīng)力高、采動(dòng)影響強(qiáng)烈，導(dǎo)致巷道圍巖變形大、持 續(xù) 時(shí) 間 長(zhǎng)、破 壞 嚴(yán)重[4-5]( 圖 1) ; 采煤工作面礦壓顯現(xiàn)強(qiáng)烈，煤壁片幫、頂板冒落及支架損壞現(xiàn)象突出[6]; 傳統(tǒng)淺部低應(yīng)力、弱采動(dòng)條件下的技術(shù)無(wú)法解決千米深井圍巖控制難題。智能開(kāi)采是實(shí)現(xiàn)安全高效采煤的有效途徑[7]。我國(guó)僅基于一些淺部且地質(zhì)條件簡(jiǎn)單礦井進(jìn)行了煤礦智能化開(kāi)采研究與應(yīng)用[8]，不適合高應(yīng)力、強(qiáng)采動(dòng)千米深井。為此，本文在國(guó)家重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃項(xiàng)目“煤礦千米深井圍巖控制及智能開(kāi)采技術(shù)”的資助下，分析了煤礦千米深井圍巖控制及智能開(kāi)采技術(shù)現(xiàn)狀和存 1. 1 深部圍巖控制技術(shù)現(xiàn)狀深部圍巖控制包括巷道和采場(chǎng)圍巖控制兩個(gè)方面。在深部巷道圍巖控制方面，德國(guó)處于國(guó)際領(lǐng)先水平。德國(guó)煤礦最大開(kāi)采深度達(dá)到 1 750 m，GTA 公司等開(kāi)發(fā)出 U 型鋼可縮性拱形支架、錨桿支護(hù)聯(lián)合架后充填的圍巖控制技術(shù)，在魯爾、薩爾、亞琛礦區(qū)得到成功應(yīng)用。該技術(shù)在我國(guó)安徽新集礦區(qū)也進(jìn)行了井下試驗(yàn)[9]，如圖 2 所示。德國(guó)技術(shù)的顯著特點(diǎn)是巷道斷面大( 平均 30 m2 ) 、工藝復(fù)雜、支護(hù)成本高昂，國(guó)內(nèi)煤礦無(wú)法承受。美國(guó)、澳大利亞等世界主要產(chǎn)煤國(guó)家井工煤礦開(kāi)采深度大多小于 600 m，地應(yīng)力較低、采動(dòng)影響較小，巷道普遍采用錨桿支護(hù)，圍巖相對(duì)易于控制。強(qiáng)采動(dòng)巷道進(jìn)行柱式、垛式支架加強(qiáng)支護(hù)。該技術(shù)也不完全適合我國(guó)深部煤礦。
1. 2 智能開(kāi)采技術(shù)現(xiàn)狀在智能化開(kāi)采方面，多個(gè)國(guó)家進(jìn)行了技術(shù)研發(fā)。德國(guó)率先在長(zhǎng)壁工作面采用電液控制的高阻力液壓支架，并借助傳感器、無(wú)線(xiàn)傳輸、光纖網(wǎng)路等實(shí)現(xiàn)采煤機(jī)三維導(dǎo)航，以及支架與輸送機(jī)的自動(dòng)控制。美國(guó)卡特彼勒公司開(kāi)發(fā)出埋深 600 m 以淺、采高小于 6. 0 m 的長(zhǎng)壁綜采工作面智能化開(kāi)采技術(shù)與裝備，久益公司開(kāi)發(fā)出 IMSC 長(zhǎng)壁工作面遠(yuǎn)程智能控制分析系統(tǒng)。澳大利亞聯(lián)邦科學(xué)院研發(fā)出 LASC 技術(shù)，將高精度光纖陀螺儀和慣性導(dǎo)航技術(shù)應(yīng)用于工作面設(shè)備，實(shí)現(xiàn)了工作面自動(dòng)割煤。我國(guó)的煤炭智能開(kāi)采技術(shù)在“十二五”期間也取得了快速發(fā)展，開(kāi)發(fā)出以采煤機(jī)記憶截割、液壓支架自動(dòng)跟機(jī)及可視化遠(yuǎn)程監(jiān)控為基礎(chǔ)，以生產(chǎn)系統(tǒng)智能化控制軟件為核心的綜采成套裝備智能系統(tǒng)( 圖 3) ，并在黃陵、神東等礦區(qū)得到成功應(yīng)用[21]。
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