0.   引　　言

煤炭安全高效开采对保障我国能源安全具有重要战略意义。一方面，我国厚及特厚煤层约占煤炭资源总储量的44%，是国家的主力开采煤层；另一方面，相较于美国中厚煤层工作面长可达到400 m以上、年产可达千万吨，我国中厚煤层工作面年产能仅为100万～300万t。因此增加工作面的一次开采高度及工作面长度是提升回采效率、提高资源采出率的有效途径，但超大采高开采面临的强矿压、大型装备可靠性等问题，以及超长工作面面临的“小空间大功率”设备配套、智能协同控制等方面的技术弱势，制约了我国超高与超长工作面的进一步发展。

为此，本文在国家重点研发计划项目“煤矿超高与超长工作面高效综采关键技术及装备”的资助下，以超高与超长工作面高效开采为核心，围绕“围岩控制理论–区域卸压技术–开采成套装备–智能控制系统–典型工程示范”等涉及的科学问题，将采矿工程、地质工程、机械工程、控制工程等学科有机交叉融合，研究超大开采空间工作面全覆岩破断运移规律，构建围岩协同控制理论，研发超大开采空间工作面快速推进工艺体系，攻克超大开采空间卸压岩层控制、重型装备及智能控制等关键技术，研制超高超长工作面国产化成套装备，通过智能化手段解决大型装备群的协同度和适应性，提出超高与超长工作面智能开采理论与技术构想及研发思路。

1.   年产千万吨工作面高强度开采现状

1.1   超大开采空间岩层控制技术现状

在超大开采空间围岩控制方面，宋振骐院士确立并完善了以岩层运动为中心的矿山压力理论和研究方法体系^[1]；钱鸣高院士提出了“砌体梁”^[2]和“关键层”^[3-4]理论，实现了采场矿压、岩层移动和地表沉陷研究的统一；王国法院士提出了支架–围岩“强度、刚度和稳定性”三耦合关系^[5-7]，最大化发挥大空间采场围岩自承载能力；王家臣教授发现厚煤层强采动引起坚硬顶板动载冲击现象^[8]，提出了支架阻力确定的动载荷模型^[9]；采矿科研工笔者在以上经典理论的基础上对采场上覆岩层的运动规律进行了更加深入的研究，“台阶岩梁”^[10]、“挤压拱”^[11]、“短悬臂梁–铰接岩梁”^[12]、“切落体”等覆岩结构模型，极大地推动了工作面矿压理论的发展。近年来，随着工作面生产效率的不断提升，国内超大开采空间工作面围岩控制理论技术的研究也取得了诸多成果^[13-16]，为超大开采空间工作面建设提供了有力支撑。

1.2   高强度开采顶板卸压改性技术现状

煤体开采后，坚硬且不易垮落的顶板在采空区形成大面积悬顶，当悬露面积达到一定程度时，顶板的突然垮落将带来强烈的矿山压力，且来压时带有明显的动力现象，此类现象在超高与超长工作面更为明显，可能导致支护装备损坏，甚至引发严重的安全事故，威胁人员的生命安全。

20世纪50年代以来，我国针对坚硬且不易垮落的顶板的控制问题开展研究。其中，在大同矿区进行的“坚硬顶板条件下综合机械化开采”科技攻关项目，深入探讨了注水弱化处理坚硬顶板的工艺，在此过程中，积累了丰富的实践经验，理论研究也达到了国际领先水平。此后，相关科研工作者对坚硬难垮顶板问题持续开展了大量研究^[17]，显著推进了我国在坚硬难垮顶板控制领域的理论和技术进步。

其中，水力压裂技术原用于石油、天然气行业，近年来，我国在煤矿巷道围岩卸压理论^[18-21]、水力压裂机理与参数^[22-24]、压裂机具与设备^[25-26]、压裂效果检测^[27-29]等方面取得了进一步发展，根据不同需求逐步形成了井下局部水力压裂、井下定向深孔区域压裂等技术，主要应用于初次放顶、巷道卸压及工作面矿压控制等方面，解决了岩层控制的部分难题。

1.3   超高与超长工作面综采成套装备及控制发展历程

自20世纪60年代起，国际上已有关于大采高综合机械化开采技术的研究。目前，大采高综合机械化开采技术已成为国内、外厚煤层开采的主流技术^[30-31]。美国、澳大利亚、土耳其、印度等国家煤层赋存条件简单，主要采用长壁开采方法回采6 m以下煤层，部分矿井已建成工作面长度达450 m，工作面推进长度达6 000 m的综采工作面。截至2022年，美国有13个工作面长度超过450 m^[32]，其中，Contura Energy公司工作面长达481.58 m；德国杰兰德埃勒煤矿工作面长度达到430 m，工作面日产量突破2万t，并向“设备重型化，工作面大型化”的方向发展。

近年来，国内综采装备研发取得了较大进展，液压支架工作阻力已超过20 000 kN，支撑高度达到8.8 m以上^[33]，支架中心距达到2.4 m，具备双向自动顺序和成组顺序控制功能；采煤机装机功率超过3 000 kW，牵引速度达到25 m/min以上；刮板输送机采用交叉侧卸式机头卸载装置^[34]，增大了中部槽结构尺寸，装机功率已达到3×2 000 kW，大幅度提高了输送能力和设备可靠性。

1.4   存在的技术难题

虽然我国在矿山压力与岩层控制理论方面取得了诸多成果，但随着采高的增大和工作面长度的增加，超大开采空间的采动应力环境和矿压显现规律趋于复杂，现有的岩层控制理论研究范畴(采高及工作面长度)普遍小于8.0 m和350 m，无法为超大采高、超长工作面安全高效开采提供有效指导；水力压裂技术在弱化顶板岩层，降低矿压强度等方面已取得显著成效，但针对超大开采空间水力压裂技术的相关理论研究尚不充分，相关成套技术装备以及压裂效果评价等方面也亟待深入研究；装备研发制造方面，研究较多地集中于大采高及长工作面工况下，对8 m以上超大采高工作面以及工作面长度达到400 m以上的综采装备研究相对较少，工作面装备群动载效应、超前区域一体化协同推进等方面的研究尚未开展，国内技术装备的可靠性及适应性仍有待进一步提升。实现超高与超长工作面安全高效开采，必须解决以下突出的理论与技术难题：

1)超大开采空间覆岩破断运移机理及围岩控制理论的研究。对于超大开采空间中的覆岩三维破断规律、超高煤壁失稳破坏机理尚未认识清楚，缺乏针对超大开采空间的围岩控制技术。

2)超大开采空间强矿压区域压裂卸压技术研究与装备研发。缺乏针对超大开采空间强矿压区域的压裂卸压理论，超大开采空间区域压裂技术工艺尚不成熟，单孔压裂控压、卸压范围等技术指标尚不满足实际需求，针对超大开采空间专用的大排量压裂泵组和分段压裂封孔工具串有待研发。

3)超高与超长工作面智能开采成套装备研发。超大采高液压支架、超大采高重载采煤机、超大采高超大运量刮板输送机、超长工作面快速移动液压支架、超长工作面高速截割采煤机、超长工作面刮板输送机等相关开采装备有待研发。

4)超高与超长工作面装备群智能协同控制技术与装备研发。大型开采装备群一体化协同作业工艺尚不成熟，工作面直线度高精度检测技术仍需进一步发展、工作面端头及超前运−支一体化智能装备有待研发、“采−支−运”智能协同作业系统尚未形成体系。

2.   超高与超长工作面高效综采技术与装备发展构想

针对煤矿超大开采空间安全高效开采面临的技术难题，需要针对“超大开采空间全覆岩三维动态破断规律与超高煤壁失稳破坏机理”“超大开采空间强矿压覆岩结构改造及其应力调控机理”“多重动载作用下超高与超长综采装备群动态响应及高效智能协同作业机制”三大科学问题开展深入研究，对“超大开采空间全覆岩破断运移机理及围岩协同控制技术”“超大开采空间强矿压区域压裂卸压技术与装备”“超高与超长工作面智能开采成套装备”“超高与超长工作面装备群智能协同控制技术与装备”“超高与超长工作面高效综采工程示范”5项关键技术进行攻关。

其中，超大空间开采工作面围岩控制理论为区域压裂技术提供理论支撑，为开采成套装备研制提供设计基础，为工作面智能控制系统提供工艺支撑，是实现超大开采空间安全高效开采的理论基础；工作面支护装备与区域压裂技术形成“支卸协同”围岩控制体系；智能控制系统赋能开采成套装备，提升工作面智能化水平；工程示范可为类似工作面起到示范作用，有效推动国内超大开采空间工作面的发展。各课题之间互为依托，相互支撑，总体研究理论与技术框架如图1所示。

图  1  超大空间开采工作面安全高效开采技术研究框架

Figure  1.  Research framework of safe and efficient mining technology for super large space mining face

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3.   超高与超长工作面高效综采理论技术及装备控制

3.1   厚煤层超大采高工作面围岩控制理论

超大空间工作面由于开采强度升高导致开采扰动增强，进入强采动影响范围的坚硬岩层数量增加，覆岩运动呈现出复合破断、多维联动等新特点，引发工作面坚硬岩组多重动载和异步来压、超高煤壁动态失稳等强矿压控制难题，严重制约大采高工作面的开采效率。

为揭示超大开采空间全覆岩破断运移机理，形成超大开采空间围岩控制理论，需构建超大采高工作面全覆岩破断结构模型，揭示坚硬岩组纵向联动破断及时空演化规律，提出强动载顶板支–卸协同控制方法；研究区域压裂作用下超大开采空间覆岩破断全周期岩层运移动态演化规律及采动应力演化特征，厘清原岩应力和采动应力的耦合作用与叠加效应；研究超大采高工作面煤壁片帮机理，分析片帮形式，为超大采高工作面煤壁防护技术提供理论支撑；阐明超大开采空间强矿压区域压裂卸压机理，提出超大开采空间强矿压区域压裂卸压新理论；探究开采技术参数、设备状态参数、工艺时序参数、矿压显现等级参数的耦合互馈关系，为厚煤层超大采高工作面实现快速推进和高效开采提供理论基础。

3.2   厚煤层超大采高工作面围岩控制技术与装备

针对超大开采空间强矿压覆岩结构压裂改造特征复杂，水力压裂调控下应力转移机制不清等问题，课题计划从以下3个方面开展研究：

1)通过研究超大开采空间厚硬岩组强矿压区域压裂目标层位确定方法，明确控压临界层位下厚硬岩组赋存状态参数与超大开采空间强矿压显现的关联特征，并开发相应的计算机解算程序软件；

2)研究厚硬顶板区域压裂三维裂缝扩展规律及缝网展布特征，明确区域压裂作用下超大开采空间强矿压覆岩三维结构改造特征；研发基于微地震监测的压裂工程参数实时反馈修正技术、强矿压区域压裂多场全时空监测技术、仪器及压裂效果评价方法，实现区域压裂的精准监测；通过分析压裂前后能量、位移、应力、缝网扩展变化特征，提出区域压裂效果评价指标，建立区域压裂多参量综合评价模型；

3)研发井下超大开采空间强矿压区域压裂卸压成套技术及装备，包括：超大开采空间区域压裂工艺研究、井下定向孔分段区域压裂卸压岩层控制技术研究、区域压裂关键参数确定方法、开发定向孔分段压裂封孔工具串，实现顶板岩层单孔压裂控压、卸压范围≥500 m×100 m，压裂泵组输出排量≥5 m³/min。

3.3   中厚煤层超长工作面围岩控制理论技术

随着工作面长度的增加，其覆岩破断运移规律呈现出新的特点，在工作面倾向方向上，矿压显现会出现明显的时空差异性，工作面围岩、液压支架及其群组的控制难度也随之增大。通过研究超长工作面顶板倾向分区破断机理，开发异步来压顶板区域化控制技术；研究坚硬岩组影响下超高煤壁采动应力传递机制，分析煤壁三维渐进破坏机理及协同控制方法。分析具体条件下支架与围岩耦合关系，对超长工作面液压支架进行指数状态监测，实现工作面的稳定控制。

3.4   超高与超长工作面智能开采成套装备

研发10 m超大采高液压支架、中厚煤层450 m超长工作面大中心距轻量化快速移动液压支架。液压支架是控制顶板下沉和煤壁片帮的主要装备，由于采高加大，导致来压剧烈，反映到支架选型上则是需要更大的支护阻力承担上覆岩层压力，同时，煤壁作为上覆岩层的另一支撑单元，其支承压力也会显著提高，发生严重片帮的可能性大大增加，因此，超大采高工作面液压支架应着重加强其护帮能力；超长工作面来压周期性不明显、工作面不同区域来压具有明显的时序性且强度区别较大，工作面矿压显现呈多峰值区域等特点，通过液压支架的快速推进，缩短上覆岩层压力显现的时间，可有效提升工作面支护效果。

研发大功率、长摇臂、重载、高速自主截割采煤机。超大采高采煤机长度及高度尺寸大，一次截割高度高、截割量大，重载、高速作业影响其机身稳定性并导致摇臂发热，因此，有必要研发长摇臂多单元分隔结构润滑及分布式冷却技术，降低大功率多级传动单元摇臂运行温度，提升超大采高采煤机结构可靠性。开发机身超长寿命、大功率、大截深、高牵引速度的截割及牵引系统，增强机身联接刚性与稳定性。

研发具有不均衡负载、超大运量、超长智能调控能力的刮板输送机。由于工作面落煤量的不可控造成刮板输送装备负载不均衡，项目计划将刮板输送机实际工作负荷划分为多个区间，根据各区间的特点，采用不同的功率控制策略，让多个电机的输出扭矩匹配实际工作负荷需求，保证刮板链平稳运行，实现功率协同。根据采煤机位置信息和刮板输送机实时负载变化，动态调节伸缩机尾油缸活塞伸出量，以补偿链条的弹性变形，保证链条在整个采煤机截割周期内始终保持最佳张紧状态，确保刮板链与链轮正确啮合、平顺运行，减小各部件的磨损，延长设备整体使用寿命。

3.5   超高与超长工作面装备群智能协同控制技术

研发工作面开采装备群一体化智能协同控制系统，研制装备群动载监测系统，开发工作面装备群态势变化分析软件，研究基于液压支架–围岩耦合条件、煤层特性和刮板输送机负荷的采煤机截割参数调控技术，实现全工作面分区智能高速截割；研发超高工作面多重动载作用下液压支架高精度控制技术与装置，开发工作面直线度精准测量技术，实现超高超长工作面“采−支−运”装备群相对位置的精准感知；研制端头及超前区域运−支一体智能化装备，开发超前支架导向和自动调偏技术，实现工作面和超前设备的协同推进。

3.6   超高与超长高效综采工作面工程示范

集成上述研究成果，在厚煤层矿区建成年产能≥18 Mt，采高不低于10 m超大采高工作面；在中厚煤层矿区建成年产能≥10 Mt，工作面长度不小于450 m超长工作面。

4.   超高与超长工作面高效综采新进展

近年来，我国超大采高及超长工作面开采技术和装备研制水平得到大幅提高^[35-39]，神东上湾矿建成了8.8 m大采高工作面；在装备群智能协同控制及装备方面，我国采煤工作面智能化开采技术形成了中厚煤层智能化操作、大采高煤层“人–机–环”智能耦合高效综采^[40-42]、复杂条件“智能化+机械化”等智能化开采模式，在条件较好的工作面初步实现了智能化开采^[43-47]。

4.1   超大采高工作面新进展

4.1.1   曹家滩煤矿122104工作面概况

陕西煤业化工集团曹家滩矿业有限公司位于陕西省榆林市，地处神榆矿区，矿井可采储量20.09亿t，设计可采储量为14.9亿t。122104工作面是曹家滩煤矿超大采高工作面，位于井田东翼，工作面走向长度5 977 m，倾向长度300 m，平均煤厚10.5 m，工作面可采储量2 311.3万t，工作面开采2^–2煤，直接顶为粉砂岩，平均厚度21.7 m，基本顶为中粒砂岩，平均厚度为16.9 m，直接底为粉砂岩，平均厚度6.31 m，基本底为细粒砂岩，平均厚度8 m，工作面平面布置图如图2所示。

图  2  122104工作面平面布置

Figure  2.  Plan layout of No.22104 working face

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4.1.2   曹家滩煤矿122104工作面区域压裂技术概况

通过开展井下取芯、原位测量、井下地球物理测井、地应力测量等工作，确定了122104工作面上覆岩层结构及其物理力学参数，结合测试结果，确定了压裂关键层，设计了两个压裂层位。

区域压裂共设计了4个钻场B钻场（位于切眼处）、F1钻场（距终采线5 600 m处）、F2钻场（距终采线5 300 m处）、F3钻场（距终采线4 700 m处），进尺17 597 m，5 600 m F1钻场设计了5个层位：5/13/30/20/80；5 300 m F2钻场设计了2个层位：25/83；4 700 m F3钻场设计了6个层位：27/30/50/55/75/80。工作面区域压裂定向孔设计如图3所示。

图  3  122104工作面区域压裂定向孔设计图

Figure  3.  122104 working face area fracturing directional hole design diagram

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4 700 m F3钻场井下共压裂222段，地面共监测到2172个水力压裂事件，通过监测到的压裂微震事件二维密度图评估压裂范围，量取并统计F3钻场的各个钻孔缝网参数，通过缝网定量解释，对122104工作面F3钻场压裂效果做一定评价。F3钻场压裂后裂缝均覆盖整个钻孔区域并向钻孔外围扩展一定距离，水力裂缝扩展范围较大，压裂效果较好。

4.1.3   曹家滩煤矿122104工作面设备选型概况

根据前期的充分调研，结合曹家滩煤矿122104工作面的实际工况，相关单位设计研发了10 m超大采高工作面相关综采装备，其中包括ZYA29000/45/100D型超大采高液压支架、MG1200/3350–GWD型采煤机、SGZ1600/3×2000型刮板输送机、SZZ1800/1200型转载机，井下开采情况如图4所示。

图  4  122104工作面设备运行工况

Figure  4.  No.122104 working face equipment operating conditions

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4.1.4   曹家滩煤矿122104工作面来压情况

经过前期的地质勘探以及对上覆岩层物理力学性能的研究，参考相邻工作面的来压情况，结合水力压裂“支−卸协同”围岩控制理念，对曹家滩122104工作面上覆岩层破断规律及其来压特性进行了深入研究，从而设定了科学合理的支架初撑力、护帮力等支护参数。

2023–10–25—2024–03–15，122104工作面由55 m处，推进至1 200 m。这期间共来压42次，周期来压步距处于7.5～37.2 m，平均20.68 m；来压持续距离处于2.2～23 m，平均11.35 m。工作面呈现明显的“大小周期来压”特征，工作面周期来压步距和持续距离如图5所示。其中，“大周期”期间内，来压步距处于15.3～37.2 m，平均25.02 m，来压持续距离处于6.0～21.4 m，平均12.37 m；“小周期”期间内，来压步距处于2.85～37.2 m，平均19.25 m，来压持续距离处于1.65～23.0 m，平均9.30 m。相比之下，“大周期”期间内，工作面来压步距显著上升。

图  5  122104工作面周期来压步距和持续距离

Figure  5.  Periodic weighting step distance and continuous distance of 122104 working face

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工作面整体来压步距以10～30 m为主，合计占比为82.4%；其次为短距离(小于10 m)的来压步距离，占比10.5%，大于30 m的长距离来压步距占比较低，合计占比仅为7.01%。来压持续距离以中短距离4～16 m为主，合计占比达84.2%，其次为中长距离16～20 m，占比仅为10.5%，小于4 m的持续距离占比仅为5.26%。工作面矿压得到有效管理。

4.1.5   曹家滩煤矿122104工作面生产概况

根据工作面推采期间煤层写实情况，工作面推采0～387 m段煤层平均厚度8 m左右；推采387～727 m工作面揭露煤层变薄带，煤层厚度普遍小于8 m，沿工作面倾向方向中部煤层厚度小于机头机尾煤厚，最小煤厚6.2 m，位于推采633 m工作面中后部位置；根据工作面两巷掘进探煤厚资料、辅运巷4 700 m定向钻探煤厚数据以及工作面回采区域实际揭露情况，工作面煤厚分布如图6所示。

图  6  122104工作面煤厚变化等值线图

Figure  6.  Contour map of coal thickness change in 122104 working face

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自2023年12月以后，工作面逐步进入“正常生产阶段”，日推进度峰值为17.35 m/d、均值13.05 m/d，日产量峰值为5.34万t/d、均值4.47万t/d，如图7所示。工作面持续实现安全高效开采。

图  7  工作面日推进度及产量基本统计情况

Figure  7.  Basic statistics of daily advance degree and yield of working face

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4.2   超长工作面新进展

4.2.1   小保当煤矿132203工作面概况

小保当二号煤矿位于陕西省榆林市神木县西南部，地处小保当井田北部，榆神三期总体规划区的东北部，规划建设规模为1300万t/a。132204综采工作面位于2^–2煤13盘区，工作面宽度为450 m，工作面走向长度为4 002 m，埋深为259.05～387.44 m，直接顶为平均厚度7.3～8.7 m的粉砂岩，基本顶为厚度8.1～20.2 m细粒砂岩，直接底为平均厚度0.2～0.5砂质泥岩。煤层整体倾角不足1°，煤厚1.5～3.3 m，平均煤厚2.2 m。

4.2.2   小保当煤矿132203工作面设备选型概况

根据前期的充分调研，结合小保当煤矿132203工作面的实际工况，相关单位设计研发了450 m超长工作面相关综采装备，其中包括ZY16000/17/32D型超大采高液压支架、MG750/1950–WD型采煤机、SGZ1100/3×1600型刮板输送机、SZZ1350/700型转载机，综采装备地面联合转如图8所示。

图  8  132203工作面设备

Figure  8.  No.132203 working face equipment

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4.2.3   小保当煤矿132203工作面矿压及应力分布情况

经过前期的地质勘探，确定了上覆岩层结构，计算得出了，分析了支架–围岩耦合关系，设定了合理的支架初撑力、护帮力等支护参数。

统计分析了相关数据，132203工作面初次来压步距为77.1 m，工作面初次来压前，支架平均工作阻力分布在23.8～29.1 MPa，平均为27 MPa；最大工作阻力分布在31.6～44.25 MPa，平均为37.8 MPa，支架工作阻力主要分布在8 000～12 000 kN区间范围内，所占百分比平均达到90.5%，14 000～16 000 kN高工作阻力区间的比例平均为2.4%，如图9所示。

图  9  132203工作面初次来压期间支架压力云图

Figure  9.  Support pressure cloud diagram during the first weighting of No.132203 working face

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工作面各支架周期来压步距分布在4.4～38.5 m，平均为12.4 m，在非充分采动期，工作面来压步距相对较大、峰值区域较小，随着工作面进入充分采动区后，来压频率明显增高、来压步距减小。工作面支架工作阻力主要分布在8 000～14 000 kN区间范围内，所占百分比平均达到93.27%，工作面沿倾向方向支架阻力分布呈现倒“W”形态，即工作面两端和中部支架工作阻力较低，而工作面中上部和中下部支架工作阻力较高，工作面机头侧的来压强度整体小于机尾侧，如图10所示。工作面矿压得到有效管理。

图  10  132202工作面周期来压立体曲面图

Figure  10.  Three-dimensional surface diagram of periodic weighting in No.132202 working face

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4.2.4   小保当煤矿132202工作面生产与智能化建设情况

小保当二号煤矿132202工作面长450 m，通过布置超长工作面可实现“三提升，三降低”：提升绿色开采水平、产能和开采效率；降低煤炭损失、采掘接替矛盾和成本支出。自投产以来，最高日产4.415万t，平均月产约91.278万t，产能比目前国内中厚煤层最高月产15万～20万t提升3～5倍以上。该项目突破了中厚煤层长期来“以设备定开采工艺”的瓶颈，探索出自顶向下的中厚煤层高能积比集成配套模式，工作面长度达到了450 m，单位体积内配置的装机功率相较于目前常规中厚煤层工作面提高50%以上。超长工作面超长工作面智能化建设取得了长足进步。

5.   结论与展望

1)超高与超长工作面的推广是我国实现高产高效采煤的主要方向。厚煤层矿区推广一次采全高技术，中厚煤层矿区合理加大采煤工作面长度并实现智能化，是实现我国煤炭资源安全高效开采的有效途径。针对超高与超长工作面所面临的开采强度大、工作面矿压显现明显、开采装备适应性差等技术难题，提出了：“超大开采空间全覆岩三维动态破断规律与超高煤壁失稳破坏机理”“超大开采空间强矿压覆岩结构改造及其应力调控机理”“多重动载作用下超高与超长综采装备群动态响应及高效智能协同作业机制”三大科学问题，上述科学问题的解决将为超大开采空间综采工作面安全高效开采提供理论基础。

2)超大采高工作面矿压显现的显著特点是来压剧烈，超长工作面开采矿压显现的显著特点是覆岩分区破断和矿压动态迁移。基于超大开采空间综采工作面的矿压显现特点，提出以围岩控制为核心，从超大采高工作面全覆岩破断结构模型、覆岩组纵向联动破断及时空演化规律、强矿压区域压裂卸压机理、开采装备群一体化智能协同控制等方面出发，研发井下超大开采空间强矿压区域压裂卸压成套技术及装备、研发超大开采空间开采装备、工作面“采–支–运”装备群相对位置的精准感知系统等，最终形成超高与超长工作面高效综采技术装备体系。

3)提出了煤矿超高与超长工作面高效综采关键科学技术问题与装备研发的构想。目前，项目连同其各个课题的研究任务正遵循预定计划稳步推进，研究成果能为我国煤矿超大开采空间的安全高效开采提供有力支撑。