在矿工“头顶”撑起安全保护伞煤炭化验设备

顶板灾害为煤矿五大灾害之一。在开采中，如果煤矿对冒顶机理认识不充分，缺乏有效的冒顶控制技术，就会出现顶板事故伤亡率高与支护成本高并存的尴尬局面。

如何在矿工“头顶”撑起安全保护伞？湖南科技大学建设的南方煤矿瓦斯与顶板灾害预防控制安全生产重点实验室（简称实验室），凭借多年对煤矿安全的深入研究，取得了多项科技研究成果。其中，采动巷道围岩破坏与冒顶灾害控制技术、复杂极不稳定煤层多工艺协调高效开采与配套保障技术，分别获得湖南省科技进步奖一等奖和三等奖，并在国家能源集团、湘煤集团等企业的10余个矿区推广应用。

13年潜心钻研解难题

“煤矿巷道冒顶危害巨大，其原因是人们长期对冒顶机理认识不充分、缺乏有效控制技术所致。”实验室学科带头人、教授王卫军说。

经过长期研究，王卫军发现了巷道蝶形破坏区，并根据此发现构建了采动巷道冒顶隐患指标体系和分级方法，实现了巷道冒顶隐患可视化分析和差异化设计。

采动巷道围岩破坏与冒顶灾害控制技术汇集了王卫军及其带领的团队13年来的艰辛。他们在该技术研究中发现了巷道蝶形破坏区及其基本特性，揭示了采动巷道蝶型冒顶机理，并研发了高强柔性锚杆、大延伸率柔性锚杆、锚索+U型钢等新型支护材料和结构，形成了采动巷道冒顶控制技术体系。

这一研究成果不仅突破了传统上认为的巷道破坏形态为圆形、椭圆形的认识，还进一步揭示了煤矿巷道冒顶的成因。这意味着他们找到了破解煤矿巷道顶板事故的关键。

目前，化验室破碎机，该技术成果已在国家能源集团、湘煤集团、潞安集团等企业的10余个矿区推广应用，有效杜绝了巷道冒顶事故，解决了困扰我国多年的采动巷道冒顶灾害控制难题。

多措并举保煤矿呼吸顺畅

一直以来，南方煤矿在开采中存在采掘机械化开采难度大、巷道变形破坏严重、矿井通风困难三大技术瓶颈。经过10余年的研究和产学研用攻关，实验室成员、教授赵伏军在其研究的复杂极不稳定煤层多工艺协调高效开采与配套保障技术中提出了一种构造型复杂地质条件下综采—机采对拉工作面采煤方法，创新了多工艺集中协调开采作业模式，成功实现了复杂地质条件下区段无煤柱开采。

同时，赵伏军带领其团队揭示了采动压力作用下锚固结构损伤与围岩变形机制，提出了控制破碎顶板或大断面回采巷道围岩稳定性的支护技术，有效解决了回采巷道围岩稳定和快速掘进的难题。

“我们研发的适应开采复杂煤层通风网络的角联网和急倾斜煤层开采模拟实验平台能够有效提高矿井通风系统能力，实现复杂地质条件下不稳定煤层的安全、高效、快速、协调开采。”赵伏军说。

他带领团队所提出的急倾斜煤层走向分段充填开采方法和基于风压源效应叠加原则的复杂通风网络等效变换求解方法，揭示了复杂极不稳定煤层开采矿压显现规律，提出了一种机械化开采与伪倾斜柔性掩护支架分段顺序走向长壁采煤的新技术。

近3年来，赵伏军团队的科研成果在湖南黑金时代股份有限公司及湖南华润煤业有限公司推广应用，取得了显著的经济效益和社会效益，同时对湖南省乃至全国的煤炭安全生产起到了示范和带动作用。

“我们实验室在巷道围岩控制、急倾斜煤层开采、矿井瓦斯抽采、采动岩体的多场耦合理论与工程响应、矿井通风、工业粉尘防治、低浓度瓦斯利用等研究方向上形成了自身特色，为煤矿开采架起了安全通道。”实验室主任李树清说，“与此同时，我们将进一步加强创新人才队伍建设，重视基础和应用研究，加强校企合作，提高科研产出，为煤矿安全开采保驾护航。”