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摘 要：本文对矿井安全高效开采及绿色开采技术的发展及现状做了阐述，对安全高效开采的理论及技术进行了总结，并预测了安全高效生产的发展方向，即进一步提升煤炭安全高效生产水平和发展工作面快速推进保障技术及安全检测、监控技术。同时对安全高效开采与绿色开采之间的区别与联系做了说明，对未来安全高效开采的进一步发展有一定的参考价值。
关键词：安全高效开采；工作面快速推进；安全监测、监控；绿色开采
1建设安全高效矿井的要求及战略意义
煤炭是我国最安全、最经济、最可靠的能源。我国煤炭资源总量远远超过石油和天然气资源；随着高新技术的推广应用，煤炭生产成本正在并将继续降低；洁净煤技术已取得重大突破，这都将使煤炭成为廉价、洁净、可靠的能源。
因此，煤炭产业是我国重要的基础产业，在国民经济的发展过程中占有重要战略地位；煤炭行业的健康发展是促进我国国民经济持续、健康、又好又快发展的有力保障。当前煤炭占一次能源的70%，占全球煤炭产量的45～50%，中国工程院预测，到2050年，仍接近50%。随着我国社会主义市场经济的发展，煤炭需求量逐渐扩大，机械化开采水平的不断提高，加快煤炭行业发展方式的转变，进行产业优化布局，调整产业结构已经是保证煤炭行业可持续发展的重要趋势。建设安全高效矿井是以安全为主题，市场为导向，高效高产为主体，推行科学化管理模式，实现现代化技术与安全管理的完美结合，最终到达煤矿发展的“三高三低四好”的目标，即单产单进高，劳动效率高，资源回收率高；低能耗、低成本、低风险，经济效益好，安全状况好，劳动条件好，环境治理好，从而更有利促进提高社会效益、经济效益和坏境效益。
2我国安全高效矿井及绿色开采技术发展及现状
长期以来，我国煤炭工业始终把提高单产、单进作为主攻方向，大力发展机械化，努力推进合理集中生产，并把促使煤炭的集中生产作为生产、建设、科研、制造、设计共同的任务，经过不懈的努力，单产、单进、采掘机械化都有了大幅提高，煤炭生产的增加逐步由增产、增人、增面。过渡到增产、减人、碱面[1]。尤其改革开放30年来，我国煤矿开采技术与装备水平显著提高。煤炭总产量大幅提高，80年煤炭总产量6.25亿t，10年32.5亿t，提高5.2倍；综合机械化程度明显提高，10年比1978年提高近20倍；机械装备国产化率明显提高，除大功率采煤机外，实现自给自足，煤机装备向智能化、高可靠性方向发展；安全、高产、高效矿井明显增多，93年安全、高产、高效矿井12个，08年达268个，增长21.3倍。
长期以来，煤炭开采一直被认为是对环境的掠夺行为煤炭开采后形成了独特的矿区生态环境问题，如 造成农 田以及建筑物破坏、村庄迁徙、矸石堆积如山，使河川径流量减少 ，以及地下水供水水源干枯、土地沙漠化等。钱鸣高院士对减沉开采 、煤与煤层气共采 、保水开采 、矸石减排等各 自的技术体系和适用条件开展了研究，对我国不同矿区的绿色开采模式提出了建议[2]。
3安全高效开采理论与技术
3.1锚杆支护理论
悬吊理论机理是将巷道顶板较软弱岩层悬吊在上部稳定岩层上，以避免较软弱岩层的破坏、失稳和塌落，锚杆所受的拉力来自被悬吊的岩层重量。
组合梁理论机理表现为将锚固范围内的岩层挤紧，增加各岩层间的摩擦力，防止岩石沿层面滑动，避免各岩层出现离层现象，提高其自撑能力。在锚杆的锚固作用下将巷道顶板锚固范围内的几个薄岩层锁紧成一个较厚的岩层（组合梁）。在上覆岩层载荷的作用下，这种组合厚岩层内的最大弯曲应变和应力都将大大减小，组合梁的挠度亦减小。
组合压缩拱理论机理表现为在破裂区中安装预应力锚杆时，在杆体两端将形成圆锥形分布的压应力，如果沿巷道周边布置锚杆群，只要铺杆间距足够小，各个错杆形成的压应力圆锥体将相互交错，就能在岩体中形成一个均匀压缩带，即承压拱，这个承压拱可以承受其上部破碎岩石施加的径向荷载。在承压拱内的岩石径向及切向均受压，处于三向应力状态，其围岩强度得到提高，支撑能力也相应加大。
最大水平应力理论机理表现为矿井岩层的水平应力通常大于垂直应力，水平应力具有明显的方向性。在最大水平应力作用下，顶底板岩层易于发生剪切破坏，出现错动与松动而膨胀造成围岩变形，锚杆的作用即是约束其沿轴向岩层膨胀和垂直于轴向的岩层剪切错动[3]。
3.2松软煤岩巷道围岩控制技术
随着矿井开采深度的增加，高地压高地应力问题使得巷道支护变得困难，严重制约了安全高产高效矿井的发展。
针对淮南矿区松软围岩巷道控制难题，揭示了淮南矿区巷道围岩锚注浆液流动规律；研究成功适合矿区围岩特点的“锚杆注浆、锚杆封孔一体化”支护技术。修复控制30多万米巷道，解决了矿区软岩巷道支护难题；巷道断面保证了缷压开采（巷道最大下沉量达1.56m，保持有效长度达220～260m、抽采瓦斯80～100天）抽采瓦斯要求。
提出了利用围岩自身强度并采用“楔形加固区”预应力桁架支护整体控制围岩的技术路线，开发成功煤矿极易离层破碎型顶板预应力控制技术。在矿区验证取得成功：巷道断面变形率控制在5%左右，保证了煤与瓦斯共采，实现了安全开采。历时近10年，研究获得成功。提出并设计了适合两淮矿区围岩特点的“楔形加固区”预应力桁架支护结构，研究成功整体控制围岩的巷道支护关键技术。
4安全高效开采理论与绿色开采
绿色开采是煤炭开采的发展方向，对提高煤炭采出率、保护生态环境和实现煤矿可持续发展都具有十分重要的意义。因此绿色开采技术的发展对安全高效矿井的建设有着重要的意义。许多安全高效开采的理论均建立在绿色开采的基础之上。下面以绿色开采为例说明两者的区别于联系。
煤与瓦斯共采理论作为绿色开采技术之一，在解决瓦斯问题的同时，提高了煤层气的利用以及影响安全高效开采的重要问题。
关键词：安全高效开采；工作面快速推进；安全监测、监控；绿色开采
1建设安全高效矿井的要求及战略意义
煤炭是我国最安全、最经济、最可靠的能源。我国煤炭资源总量远远超过石油和天然气资源；随着高新技术的推广应用，煤炭生产成本正在并将继续降低；洁净煤技术已取得重大突破，这都将使煤炭成为廉价、洁净、可靠的能源。
因此，煤炭产业是我国重要的基础产业，在国民经济的发展过程中占有重要战略地位；煤炭行业的健康发展是促进我国国民经济持续、健康、又好又快发展的有力保障。当前煤炭占一次能源的70%，占全球煤炭产量的45～50%，中国工程院预测，到2050年，仍接近50%。随着我国社会主义市场经济的发展，煤炭需求量逐渐扩大，机械化开采水平的不断提高，加快煤炭行业发展方式的转变，进行产业优化布局，调整产业结构已经是保证煤炭行业可持续发展的重要趋势。建设安全高效矿井是以安全为主题，市场为导向，高效高产为主体，推行科学化管理模式，实现现代化技术与安全管理的完美结合，最终到达煤矿发展的“三高三低四好”的目标，即单产单进高，劳动效率高，资源回收率高；低能耗、低成本、低风险，经济效益好，安全状况好，劳动条件好，环境治理好，从而更有利促进提高社会效益、经济效益和坏境效益。
2我国安全高效矿井及绿色开采技术发展及现状
长期以来，我国煤炭工业始终把提高单产、单进作为主攻方向，大力发展机械化，努力推进合理集中生产，并把促使煤炭的集中生产作为生产、建设、科研、制造、设计共同的任务，经过不懈的努力，单产、单进、采掘机械化都有了大幅提高，煤炭生产的增加逐步由增产、增人、增面。过渡到增产、减人、碱面[1]。尤其改革开放30年来，我国煤矿开采技术与装备水平显著提高。煤炭总产量大幅提高，80年煤炭总产量6.25亿t，10年32.5亿t，提高5.2倍；综合机械化程度明显提高，10年比1978年提高近20倍；机械装备国产化率明显提高，除大功率采煤机外，实现自给自足，煤机装备向智能化、高可靠性方向发展；安全、高产、高效矿井明显增多，93年安全、高产、高效矿井12个，08年达268个，增长21.3倍。
长期以来，煤炭开采一直被认为是对环境的掠夺行为煤炭开采后形成了独特的矿区生态环境问题，如 造成农 田以及建筑物破坏、村庄迁徙、矸石堆积如山，使河川径流量减少 ，以及地下水供水水源干枯、土地沙漠化等。钱鸣高院士对减沉开采 、煤与煤层气共采 、保水开采 、矸石减排等各 自的技术体系和适用条件开展了研究，对我国不同矿区的绿色开采模式提出了建议[2]。
3安全高效开采理论与技术
3.1锚杆支护理论
悬吊理论机理是将巷道顶板较软弱岩层悬吊在上部稳定岩层上，以避免较软弱岩层的破坏、失稳和塌落，锚杆所受的拉力来自被悬吊的岩层重量。
组合梁理论机理表现为将锚固范围内的岩层挤紧，增加各岩层间的摩擦力，防止岩石沿层面滑动，避免各岩层出现离层现象，提高其自撑能力。在锚杆的锚固作用下将巷道顶板锚固范围内的几个薄岩层锁紧成一个较厚的岩层（组合梁）。在上覆岩层载荷的作用下，这种组合厚岩层内的最大弯曲应变和应力都将大大减小，组合梁的挠度亦减小。
组合压缩拱理论机理表现为在破裂区中安装预应力锚杆时，在杆体两端将形成圆锥形分布的压应力，如果沿巷道周边布置锚杆群，只要铺杆间距足够小，各个错杆形成的压应力圆锥体将相互交错，就能在岩体中形成一个均匀压缩带，即承压拱，这个承压拱可以承受其上部破碎岩石施加的径向荷载。在承压拱内的岩石径向及切向均受压，处于三向应力状态，其围岩强度得到提高，支撑能力也相应加大。
最大水平应力理论机理表现为矿井岩层的水平应力通常大于垂直应力，水平应力具有明显的方向性。在最大水平应力作用下，顶底板岩层易于发生剪切破坏，出现错动与松动而膨胀造成围岩变形，锚杆的作用即是约束其沿轴向岩层膨胀和垂直于轴向的岩层剪切错动[3]。
3.2松软煤岩巷道围岩控制技术
随着矿井开采深度的增加，高地压高地应力问题使得巷道支护变得困难，严重制约了安全高产高效矿井的发展。
针对淮南矿区松软围岩巷道控制难题，揭示了淮南矿区巷道围岩锚注浆液流动规律；研究成功适合矿区围岩特点的“锚杆注浆、锚杆封孔一体化”支护技术。修复控制30多万米巷道，解决了矿区软岩巷道支护难题；巷道断面保证了缷压开采（巷道最大下沉量达1.56m，保持有效长度达220～260m、抽采瓦斯80～100天）抽采瓦斯要求。
提出了利用围岩自身强度并采用“楔形加固区”预应力桁架支护整体控制围岩的技术路线，开发成功煤矿极易离层破碎型顶板预应力控制技术。在矿区验证取得成功：巷道断面变形率控制在5%左右，保证了煤与瓦斯共采，实现了安全开采。历时近10年，研究获得成功。提出并设计了适合两淮矿区围岩特点的“楔形加固区”预应力桁架支护结构，研究成功整体控制围岩的巷道支护关键技术。
4安全高效开采理论与绿色开采
绿色开采是煤炭开采的发展方向，对提高煤炭采出率、保护生态环境和实现煤矿可持续发展都具有十分重要的意义。因此绿色开采技术的发展对安全高效矿井的建设有着重要的意义。许多安全高效开采的理论均建立在绿色开采的基础之上。下面以绿色开采为例说明两者的区别于联系。
煤与瓦斯共采理论作为绿色开采技术之一，在解决瓦斯问题的同时，提高了煤层气的利用以及影响安全高效开采的重要问题。