煤矿切顶卸压沿空成巷无煤柱开采关键技术研究 (1).ppt

煤矿切顶卸压沿空成巷无煤柱开采关键技术研究,四川芙蓉集团实业有限责任公司中国矿业大学（北京）山东科大中天电子有限公司,,,立项背景及总体思路,1,汇报内容,,主要研究内容,,2,,关键技术及创新点,,3,,技术经济指标及知识产权,,4,,推动行业科技进步的作用,,5,,应用推广和经济社会效益,,6,顶板及煤与瓦斯突出占煤矿各类事故死亡人数65，为事故之首，西南三省更严重其中60以上的顶板和煤与瓦斯突出事故发生在工作面顺槽，是最大安全威胁工作面顺槽布置方式分为常规留煤柱开采和传统无煤柱沿空留巷开采,其它10,一、立项背景及研究思路,1、立项背景,西南地区最为严重,2009年全国煤矿事故死亡人数比例图,2006-2008年部分省区煤矿年平均顶板事故,,长壁留煤柱开采方法,一、立项背景及研究思路,,,,,,,,,,,采空区,第一工作面,第二工作面,下顺槽,,,,,,,,,上顺槽,,,上顺槽,下顺槽,第二工作面,,常规留煤柱开采我国煤矿90为长壁开采，常规留煤柱开采岩层断裂移动引起力学叠加和扰动，破坏顶板和形成集中应力，是造成冒顶、瓦斯突出、火灾等自然灾害加剧的根本力学因素。且由于顺槽煤柱的存在，将多丢煤炭8，多掘顺槽巷道50。,留设煤柱,回采煤层,一、立项背景及研究思路,一、立项背景及研究思路,其它10,三、关键技术及创新点,顶板自然垮落模型,顶板自然垮落应力双峰模型,运输3.7,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,长壁无煤柱开采方法,一、立项背景及研究思路,,,,,,,,,,,,,,,,,,,采空区,第一工作面,第二工作面,下顺槽,上顺槽,上顺槽,下顺槽,传统无煤柱沿空留巷开采上世纪60年代，以德国、英国为主开始研究，从强支护到薄煤皮及巷旁充填，均为刚性被动支护，存在护巷安全可行性差、成本高、劳动强度大、生产效率低等缺点。近年中国对煤炭的强烈需求，促进了无煤柱开采技术攻关，开发出了高水材料及其输送泵，仍难以满足现场应用需要。导致无煤柱安全高效经济开采这一世界性技术难题，至今尚未攻克。,回采煤层,一、立项背景及研究思路,切顶卸压沿空成巷设计研究,工业应用研究,,,恒阻锚网索支护设计,,聚能爆破切缝设计,,远程实时在线监测设计,,切顶卸压沿空成巷试验平台研发,配套关键技术研发,恒阻让压支护技术,,爆破切缝技术,,,,,,治灾技术措施,切顶卸压沿空成巷理论研究,矿压远程监测技术,2、研究思路为有效防范安全事故和提高煤炭资源回收，从而提出了本课题。建立主动切顶卸压成巷无煤柱开采新技术理论。,项目总体研究技术路线图,一、立项背景及研究思路,1、主动切顶卸压沿空成巷机理及力学模型研究建立切顶卸压沿空成巷力学、物理、数值模拟实验模型，研究切顶卸压沿空成巷过程中的变形失稳规律，以及采矿参数等工程条件的影响规律，找出主控参数，构建力学模型试验系统，揭示主动切顶卸压沿空成巷机理。2、主动切顶卸压沿空成巷试验测试平台研发构建切顶卸压沿空成巷试验物理力学模型系统，解决主动切顶卸压沿空成巷模拟及工业设计参数优化难题；研究建立沿空成巷过程中的T-P耦合瓦斯突出与解析模拟实验装置、围岩吸水软化试验装置，解决室内实验设备问题。3、双向聚能爆破主动切顶装置及技术研发开发适用煤矿的新型双向聚能爆破装置，及双向聚能爆破预裂顶板技术，解决既能主动切顶，又尽可能减少因爆破对沿空巷道围岩破坏的技术难题。,,二、主要研究内容,4、新型恒阻大变形锚杆索支护材料及技术研发开发适用沿空巷道变形规律的新型锚杆索支护材料，及与之配套的测试平台。解决现有支护材料难以适应沿空巷道变形，岩层断裂扰动造成的支护技术难题。5、矿压远程实时监测及预警系统的研发开发沿空巷道矿压在线实时监测及预警系统，解决常规人工观测不能及时掌握矿压显现规律和改变支护的技术难题。6、主动切顶卸压沿空成巷工艺的研发研究并建立主动切顶卸压沿空成巷的系统工艺，解决理论技术的工业应用问题。,,二、主要研究内容,,1、建立了主动切顶卸压沿空成巷新技术理论,切顶卸压沿空成巷预裂高度卸压效应,三、关键技术及创新点,其它10,三、关键技术及创新点,顶板自然垮落模型,顶板自然垮落应力双峰模型,切顶卸压沿空成巷力学模型图,,三、关键技术及创新点,57天,30天以上,三、关键技术及创新点,切顶卸压沿空成巷数学力学模型,,恒阻锚索,三、关键技术及创新点,沿空切顶模型,沿空切顶成巷应力双峰模型,巷旁单体支柱,切落成巷帮,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,恒阻锚索,三、关键技术及创新点,煤岩T-P耦合瓦斯解析运移特性实验装置,2、研发了主动切顶卸压沿空成巷试验测试平台,三、关键技术及创新点,三、关键技术及创新点,切顶成巷物理力学模型试验装置,切顶成巷围岩水理测试试验装置,模拟了不同煤岩参数条件下，最佳的主动切顶卸压成巷技术指标和操作工艺，提高了成巷的安全可行性。,3、研发了沿空切顶双向聚能爆破装置及技术发明了适用于煤矿切顶的双向聚能爆破装置，研发了沿空切顶双向聚能控制爆破技术，解决了沿空巷道顶板预裂爆破时对围岩破坏的技术难题。,三、关键技术及创新点,灰岩聚能爆破效果,花岗岩聚能爆破效果,沿空切顶成巷井下聚能爆破切缝预裂后切落块体,三、关键技术及创新点,,4、研发了恒阻大变形锚索（杆）新型支护材料及技术,三、关键技术及创新点,传统锚杆（索）存在问题延伸量低80mm，无法适应沿空巷道大变形及冲击大变形，过早破断失去承载力适合于切顶卸压沿空成巷的支护材料恒阻大变形锚索杆恒阻力达到120～130KN延伸量达到0.3～0.65m动态9820.5J冲击能量，冲击5次，锚索伸长量达1.0～1.2m仍能保持有效支护,可以充分适应沿空巷道大变形及冲击大变形对延伸量的要求，处于领先水平。,恒阻大变形锚杆结构设计示意图,恒阻锚杆索静力测试平台,恒阻锚杆索冲击动力测试平台,控制台,主机系统,三、关键技术及创新点,,三、关键技术及创新点,5、研发了矿压远程实时监测及预警系统现场监测数据就地储存发送到远程工作室矿井、北京试验室自动实时分析判断隐患预警管理、现场、试验室采取措施防止事故,北京试验室监测中心,,,,,,,白皎煤矿监测中心,监测参数采集锚索荷载、顶板离层量、矿压,三、关键技术及创新点,,,室内接收分析系统,现场采集发射系统,57天,三、关键技术及创新点,锚索受力仪安装,顶板离层仪安装,井上监测中心界面,远程监测中心界面,,6、研发了切顶卸压沿空成巷工艺流程,三、关键技术及创新点,施工采面上下顺槽→下顺槽采空侧超前加固锚索及顶板预裂爆破施工→动压临时加强支护及远程实时监测系统布设→工作面回采→高强沿空挡矸支护，采场顶板周期来压自动切顶卸压成巷→回收工作面后方矿压稳定区沿空成巷内支护材料，并喷浆封闭采空区→第二个采煤工作面无煤柱开采。,,切顶卸压成巷无煤柱开采示意图,四、主要技术经济指标及知识产权,,,,,,,,,,,,,,,,,,,采空区,第一工作面,第二工作面,下顺槽,上顺槽,上顺槽,下顺槽,1、试验区安全沿空成巷460米，并实现了第二个工作面的无煤柱开采。为世界首次实现自动成巷无煤柱开采。,回采煤层,工作面机巷后方切顶成巷断面图,工作面后方150m,工作面后方50m,工作面后方100m,工作面后方200m,工作面后方350m,工作面后方450m,四、主要技术经济指标及知识产权,第二工作面风巷前方二次复用断面图,工作面前方30m,工作面前方200m,工作面前方300m,工作面前方350m,工作面前方400m,工作面前方450m,四、主要技术经济指标及知识产权,2、试验区沿空成巷每米造价465.78元，仅为原传统方法每米造价3075元的15，相比节约85，即2609元/米，共节约120万元。3、与常规留煤柱开采相比①.少掘一条460米的巷道及矸石运输排放，节约182万元。②.多回收10米宽的煤柱资源10626吨，增加产值441.6万元。③.节约防突工程费312.8万元。④节约巷道施工时间3个月，使第二个工作面提前3个月开采，多出煤86742t，直接效益867万。共计1803.4万元。4、安全威胁大幅降低，社会效益显著。采用沿空成巷后，消除了常规留煤柱开采顺槽巷道施工存在的煤与瓦斯突出等安全威胁。采用Y型通风和底板网格强力抽采瓦斯技术，瓦斯威胁大幅降低。由于采用超前作业，避免了传统沿空留巷需大量人员搬运材料设备，进入沿空留巷段长时间高强度施工作业的安全风险，安全威胁和职工劳动强度大幅降低，采煤生产效率提高15左右。取消了传统高水充填护巷材料，减少了环境污染和能源消耗。,四、主要技术经济指标及知识产权,四、主要技术经济指标及知识产权,获国家发明专利5项,公开发表学术论文3篇,四、主要技术经济指标及知识产权,经国家一级查新机构，煤炭技术信息研究院科技查新中心查新，结论为国内外未见与煤矿切顶卸压沿空成巷无煤柱开采关键技术研究相同内容的报道。,四、主要技术经济指标及知识产权,经省科技厅组织相关院士组成的专家组鉴定，认为“该项目坚持理论、实验室研究、现场应用和实践检验的紧密结合，在实践中得到成功应用，消除了工作面留设煤柱引发的顶板事故、冲击地压、煤与瓦斯突出等安全隐患，经济社会效益显著。研究的创造性、系统性、科学性方面达到了新的高度，达到了国际领先水平，具有广阔的推广前景。,针对常规留煤柱开采和传统沿空留巷无煤柱开采的技术理论难点，建立了主动切顶卸压沿空成巷无煤柱开采理论。变被动支护留巷为主动切顶卸压成巷，变害为利，解决了无煤柱安全高效经济开采世界难题，为煤矿安全高效生产提供了重要的技术支撑，具有很好的示范和带动作用。由于理论先进，可操作和实用性强，安全威胁小，成本低，劳动生产效率高等优势。能较好的促进煤炭企业大规模推广应用，并提升中国煤炭行业开采的技术装备水平。由于拥有相关自主知识产权，且降低了环境污染和能耗，可提高在国际煤炭开采技术上的合作水平和竞争力。该项目开发的恒阻锚索、聚能爆破、远程矿压实时监测预警技术，均可单独应用到煤矿和其它矿山、遂道工程等，可提高安全度和工程质量，降低工程成本，应用前景广阔。,五、推动行业科技进步的作用,1、在白皎煤矿应用①.2010年在试验区沿空成巷460米。②.2011年在第二个工作面实现无煤柱开采，并对第三个工作面实现切顶成巷520米。每米效益为2.3万元。芙蓉矿区每年需沿留巷无煤柱开采4600米，则可取得经济效益1.058亿元。若每年对全国国有重点煤矿按10进行推广，则年可多回收煤炭资源2500万吨，增收节支效益126亿元。推广应用前景和工业价值十分巨大。2、推广应用已推广应用到杉木树矿、沈北矿区清水煤矿。与四川煤炭产业集团公司签定了推广应用研究协议，将在四川国有重点煤矿中推广应用。另重庆天府矿区、黑龙江鸡西矿区、贵州盘江矿区等已到现场考察过，推广应用愿望强烈，正在做推广应用前期工作。恒阻锚索、聚能爆破、远程矿压实时监测预警专有技术，已形产品制造并大量销售应用。3、社会效益大幅降低了煤与瓦斯突出等自然灾害安全威胁；减轻了职工劳动强度，提高了劳动生产效率，可实现高产高效开采；增加了煤炭资源回收，降低了护巷成本，提高了企业经济效益；取消了传统高水充填护巷材料，减少了环境污染和能源消耗。经济效益和社会效益特别显著。,六、应用推广和经济社会效益,谢谢,汇报完毕，不妥之处，请批评指正。,