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创新点
（1）结合高强度开采主要技术特征，阐述了长壁高强度开采引起的覆岩破坏的研究现状及其进展，包括覆岩破坏传递过程、覆岩破坏充分采动及其判据、覆岩破坏高度计算方法以及覆岩“两带”破坏模式的形成机制等。
（2）基于大量实测资料，总结了我国煤矿高强度开采的地表移动破坏特征，阐述了高强度开采对水资源、土地资源、建（构）筑物等方面的负外部影响。
（3）依据高强度开采负外部影响，分析了高强度开采覆岩与地表破坏防控思路与技术，认为高强度开采矿区将以开采的负外部影响一体化规律与防治、生态环境监测及保护技术研究为主，矿区生态环境原位保护将是未来的发展方向。
作者
郭文兵1,2,白二虎1,2,赵高博1,2
作者单位
1.河南理工大学能源科学与工程学院；2.煤炭安全生产河南省协同创新中心
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研究背景
我国是世界上能源生产和消费大国,煤炭是我国的主导能源,同时也是重要的工业原料。基于能源消费总量对我国煤炭消费需求进行预测,年中国能源消费需求为55~56亿t标准煤,其中,煤炭占总量的50%~52%,我国的主体能源结构在年以前将一直以煤炭为主。随着煤炭开采重心的战略转移,西北地区已成为我国能源供应的主要基地,其中年仅内蒙、山西及陕西三省的煤炭产量占全国总产量的68.88%。根据西北地区煤炭资源赋存特点,该地区易于实施高强度开采。
然而,地下煤炭开采必会引起覆岩运移,其剧烈程度取决于煤炭的开采强度。研究表明,高强度开采覆岩破坏更加剧烈,其破坏高度更大,部分矿区的覆岩仅呈现“两带”模式,造成了严重的地表建(构)筑物损坏及水土流失,并引发次生矿山地质灾害,给原本脆弱的矿山生态环境带来了严重的负外部影响。
为实现煤炭资源高强度开采与矿区生态环境保护协调发展,有必要对高强度开采覆岩与地表破坏及防控技术的现状及进展进行总结分析。笔者结合高强度开采主要技术特征,阐述了高强度开采覆岩破坏研究现状及进展,总结了高强度开采地表移动破坏特征及其负外部影响;通过分析高强度开采负外部影响的防控思路,提出了高强度开采覆岩地表破坏防控技术及未来矿区环境保护的发展方向,为矿区采动损害控制、生态减损开采、土地复垦治理等提供理论基础与技术参考。
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摘要
随着我国煤矿开采技术与装备水平的提升,煤矿生产集约化、智能化程度越来越高,以综采放顶煤、大采高支架为代表的高强度开采工作面日趋增多,研究高强度开采覆岩与地表破坏等负外部影响及其防控技术对于实现矿区资源开发与生态环境协调发展具有重要意义。
在分析了煤矿高强度开采定义及其主要技术特征的基础上,阐述了长壁高强度开采引起的覆岩破坏规律研究现状及其进展,包括覆岩破坏高度理论分析、覆岩破坏充分采动及其判据、覆岩破坏高度计算方法以及覆岩“两带”破坏模式及其形成机理等,主要研究了覆岩破坏传递过程,提出了基于覆岩破坏传递过程的覆岩破坏充分采动程度判据及其高度计算方法,揭示了高强度开采覆岩“两带”破坏模式的形成机制。
其次,基于大量高强度开采工作面地表岩移实测资料,从高强度开采地表裂缝特征及地表移动变形特征等方面总结了我国煤矿高强度开采引起的地表变形破坏规律及其研究进展,阐述了高强度开采对覆岩与地表水资源、土地资源、地表生态环境、建(构)筑物等方面的负外部影响;基于高强度开采诱发的负外部影响,分析了我国高强度开采覆岩与地表破坏预防和控制技术及其进展,提出了煤矿高强度开采采动损坏的防控思路。
研究认为我国煤炭高强度开采矿区将以开采的负外部影响一体化规律与防治、生态环境监测及保护技术研究为主,高强度开采条件下矿区生态环境原位保护将是未来的发展方向。
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文中图片
高强度开采指标体系
厚煤层放顶煤开采的导水裂隙带高度
覆岩破坏传递过程
覆岩破坏充分采动示意
倾向长度与深厚比的积与覆岩充分采动时推进距离关系
地面钻孔法现场实测
钻孔注水漏失量分布
高强度开采覆岩破坏模式
高强度开采井上下一体化动态监测
高强度开采引起的地表裂缝
高强度开采下不同推进距离的地表水平变形
地表裂缝特征
高强度开采深厚比与地表水平变形的关系
高强度开采地表下沉速度
高强度开采对水资源的影响
地表裂缝对植被的影响
高强度开采引起的墙体裂缝
Wongawilli采煤法与条带式Wongawilli采煤法
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作者简介
郭文兵，男，年10月生，河南宁陵县人，二级教授，博士生导师，现任河南理工大学能源科学与工程学院院长，河南省矿产资源绿色高效开采与综合利用重点实验室主任，河南省重点学科矿业工程学科带头人，中国煤炭学会煤矿开采损害技术鉴定委员会委员等。
研究方向
“三下”采煤、煤矿开采损害与保护、矿山压力与岩层控制
主要成果
主要从事煤矿开采沉陷、“三下”采煤、采动损害与保护和矿山压力与岩层控制等方面的研究和教学工作，在煤矿岩层与地表移动规律、建筑物与特殊构筑物采动损坏与保护技术、大型水体下厚煤层开采技术、高强度开采覆岩破坏与地表非连续变形等方面取得多项重要研究成果，获省部级科技进步一等奖2项，二等奖10项；主持国家自然科学基金面上项目、重点项目子课题、省部级及大型企业委托项目80余项；发表论文余篇，其中SCI、EI检索70余篇；出版专著、译著6部，高等学校 “十二五”规划教材1部；获权与申请发明专利20余项；培养博士和硕士研究生50余人。
责任编辑：常琛
编辑整理：郭晓炜
审核：常琛
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