煤礦安全高產高效開采技術發(fā)展現(xiàn)狀及方向

1、煤礦安全高效開采技術的發(fā)展現(xiàn)狀及方向1第一頁，共七十六頁。報告提綱第一部分 十七大的精神和體會十七大的重大成果學習十七大的心得體會第二部分 煤礦安全高效開采技術的發(fā)展現(xiàn)狀及 方向我國煤炭工業(yè)重要性我國煤炭工業(yè)技術發(fā)展的重大成就我國安全技術發(fā)展中的問題和方向無煤柱開采技術體系的現(xiàn)狀和方向(瓦斯、沖擊地壓事故控制) 2第二頁，共七十六頁。一 、 十七大的重大成果 從思想和路線的高度，深刻地總結了改革開放30年的偉大成就和經(jīng)驗： 1.必須堅持“科學技術是第一生產力”的觀念，堅定不移的實施科技興國戰(zhàn)略； 2.必須堅持“人力資源是第一資源”的觀念，堅定不移的實施“人才強國戰(zhàn)略”； 3.必須堅持解放思想、

2、實事求是，弘揚敢為人先、敢冒風險、自力更生、團結奮斗的精神；堅定不移的推進思想理論、文化、科學技術的創(chuàng)新，不斷提高自主創(chuàng)新能力； 4.必須堅持“以經(jīng)濟建設為中心”和開放、改革“兩個基本點，堅定不移的走“中國特色社會主義”的發(fā)展道路。第一部分 十七大的精神和體會3第三頁，共七十六頁。二、學習十七大的心得體會 1、發(fā)展的指導思想和道路問題 要堅持毛澤東思想、鄧小平理論和三個代表思想的指導，發(fā)揚黨深入群眾、理論聯(lián)系實際、實事求是的光榮傳統(tǒng)，解放思想、深化改革、擴大開放，堅定不移地走中國特色社會主義的發(fā)展道路。 實踐證明，正是毛澤東思想的指導，使我們取得了建立新中國的偉大勝利；也正是鄧小平同志在繼承和

3、發(fā)展毛澤東思想的基礎上，撥亂反正，糾正了毛主席晚年“左”的錯誤（特別是文化大革命中“左”的錯誤），建立起來的理論鄧小平理論，使我們取得了改革開放30年社會主義建設的偉大成就。 毛澤東思想和鄧小平理論的核心和靈魂就是堅持把社會實踐作為檢驗真理的唯一標準，解放思想，實事求是。堅持發(fā)展是硬道理。 4第四頁，共七十六頁。 2、 發(fā)展的目標和策略問題 要堅決貫徹實施科教興國、人才強國、以法治國和以德立國“四國方略”（即治國方針戰(zhàn)略體系），提高自主創(chuàng)新能力，建設創(chuàng)新型國家，為建成全民共享小康社會的目標而奮斗。 3、 科學的發(fā)展觀問題 要堅持以人為本，精神文明和物質文明建設同步,自然科學與社會科學并重，科學

4、理論、科學實驗和生產實踐緊密結合，科學發(fā)現(xiàn)（發(fā)明）、技術創(chuàng)新和工程建設實踐融為一體，協(xié)調可持續(xù)發(fā)展的科學發(fā)展觀。義無反顧地立下發(fā)展之志，努力做到科學、時效、可持續(xù)發(fā)展。 5第五頁，共七十六頁。 4、 關于加強精神文明建設和民主體制建設問題 要加強社會主義精神文明建設和民主體制建設，包括弘揚生存為民、發(fā)展靠民、成就共享和執(zhí)政為民、行政靠民、成果富民的理想、道德和價值觀；要健全社會主義民主體制（包括共產黨領導的多黨聯(lián)合、全民參政議政的政體，社會主義的市場經(jīng)濟管理體制和干部的培養(yǎng)、選拔、監(jiān)督、管理體制）和運行機制，以及切實把弘揚無私奉獻的精神與落實識產權和做出的貢獻緊密結合的激勵機制與分配政策。以此

5、為基礎把中華民族動員起來，迎接靠知識和智力 占領市場的“知識經(jīng)濟”時代和競爭全球化的挑戰(zhàn)，為創(chuàng)新型國家的建設做出貢獻。 6第六頁，共七十六頁。一 、我國煤炭工業(yè)重要性2004年，煤炭在中國一次能源生產和消費結構中的比重分別占75.6%和67.7%；我國煤炭產量由2001年的13.81億t增長到2008年的27.16億t，年均增加2.02億t，保證了經(jīng)濟和社會發(fā)展的需要，是國民經(jīng)濟發(fā)展和國力保障的重要基礎。煤礦安全高效開采技術的發(fā)展現(xiàn)狀及方向7第七頁，共七十六頁。19992008年全國煤炭產量8第八頁，共七十六頁。2008年我國煤炭產量的構成1鄉(xiāng)鎮(zhèn)煤礦；2國有重點煤礦；3國有地方煤礦9第九頁，共

6、七十六頁。二 、我國煤炭工業(yè)科學技術發(fā)展的重大成就1.煤炭安全高效開采技術發(fā)展成就(1)綜合機械化技術取得重大突破。產量、效益、安全生產狀況進入國際領先水平機采高度突破6m成功的制造和使用了世界最高的液壓支架 （6.2m支架成功的在神東、晉城等礦區(qū)使用，年產量超過1000萬t）神東礦區(qū)工作面最大長度達到400m，年產超過1200萬t，全員效率達到140t是美國、澳大利亞等發(fā)達采煤國家的1.5到2倍10第十頁，共七十六頁。(2)綜采放頂煤安全高效開采技術和裝備已形成體系，繼續(xù)處于國際領先地位山西同煤集團塔山礦綜采放頂煤的厚度突破20m（機采高度正向5m突破，可以滿足1：3的采放比的控制目標）。采

7、用了每小時3000t的放煤運輸機，實現(xiàn)了工作面高速推 進，年產突破1000萬t的水平。隨著放煤運輸機能力的提高和新型放頂煤支架研制和使用的成功，使工作面長300m，年產突破1500萬t的目標即將實現(xiàn)。保證防止瓦斯、頂板、火災等重大事故的安全開采的理論和技術體系（新型巷道布置系統(tǒng)、瓦斯抽排技術裝備、工作面和巷道頂板控制技術和裝備等）11第十一頁，共七十六頁。(3)“淮煤集團”成功開發(fā)的煤與瓦斯無煤柱同采成套技術實現(xiàn)了 瓦斯、沖擊地壓、煤與瓦斯突出以及火災等重大事故一體化控制的新突破，相關技術包括：回采工作面高效綜采綜放開采技術。機械化巷旁充填錨網(wǎng)支護高效無煤柱留巷技術?；夭晒ぷ髅媲?、后方瓦斯同時

8、抽排和通風系統(tǒng)一體化技術。(4) “龍煤集團”2000m海域海下三軟煤層綜放開采技術取得成功，相關技術包括：“三軟煤層”高效綜放開采技術?！叭浢簩印?煤巖巷道支護技術。海下透水等重大事故預測和控制技術海下安全和生產裝備地面集中遙測、遙控自動化技術12第十二頁，共七十六頁。2.煤化工技術取得重大的突破(1)煤的液化技術取得了突破（神華集團已經(jīng)進入工業(yè)化生產的階段）(2)煤化工技術和產品（甲醇、乙烯、乙二醇、二甲醚、醋酸等）將和我國的石油化工技術和產品成為我國化工市場的主力，取得在世界上有影響的地位3.煤炭開采的環(huán)境控制技術取得了重要成就(1)開采沉陷控制技術取得了實用性突破（井下矸石充填的技術

9、和裝備 ），正在大面積推廣應用中。(2)開采伴生的廢棄物再利用技術（凝石技術）取得了重要突破，已成功的進入使用階段。4.循環(huán)經(jīng)濟的示范區(qū)在各大礦區(qū)取得了實踐成果13第十三頁，共七十六頁。三 、我國安全技術發(fā)展中的問題 我國煤礦產業(yè)化集中程度低、生產力水平落后截止2008年底，全國已取得煤礦安全生產許可證的煤礦總數(shù)14000余處。煤礦在27個?。ㄊ?、自治區(qū)）1264個市縣均有分布，占縣級行政區(qū)劃的44.2%。我國煤礦以井工開采為主，礦井規(guī)模小。露天礦產能不到5%；設計能力30萬t/a以上的大中型礦井數(shù)量僅占3.1%。截止2008年底，全國累計停產整頓煤礦12990處，公告關閉經(jīng)整頓仍達不到安全條

10、件的礦井5243處，取締非法采煤。14第十四頁，共七十六頁。 圍繞數(shù)以萬計的產業(yè)化集中程度低、生產技術裝備水平落后的煤礦，如何對其進行改造，是我們必須研究并且急需盡快解決的重要問題。15第十五頁，共七十六頁。我國百萬t死亡人數(shù)是美國等先進采煤國家的50100倍我國煤礦事故現(xiàn)狀分析16第十六頁，共七十六頁。1986-1995年全國煤礦死亡事故按事故性質統(tǒng)計所占比例17第十七頁，共七十六頁。2001年2001年全國煤礦死亡事故按事故性質統(tǒng)計所占比例18第十八頁，共七十六頁。2005年2005年全國煤礦死亡事故按事故性質統(tǒng)計所占比例19第十九頁，共七十六頁。20032008年我國煤礦事故類型分布統(tǒng)計

11、圖事故比重分析隨煤礦開采深度的增加，頂板、沖擊地壓、瓦斯煤層突出、突水等與礦山壓力和巖層運動破壞相關事故隱患強化。20第二十頁，共七十六頁。結 論頂板事故（與采掘工作面裝備水平緊緊相連）仍占絕對比重瓦斯事故是煤礦安全的“第一殺手”特大事故、特別重大事故主要是瓦斯事故2001年到2004年，一次死亡10人以上特大事故中瓦斯事故占80%，一次死亡30人以上特別重大事故中，瓦斯事故占83%建國以來全國煤礦共發(fā)生死亡百人以上事故22起，其中瓦斯煤塵事故20起，事故起數(shù)和死亡人數(shù)分別占91%和94%。21第二十一頁，共七十六頁。小煤礦是災害事故多發(fā)的重災區(qū)2005年鄉(xiāng)鎮(zhèn)煤礦死亡人數(shù)占全國總數(shù)的73.83

12、%；百萬噸死亡率是國有重點煤礦的5.8倍。煤礦安全生產發(fā)展不平衡，區(qū)域性差異明顯西南等煤礦地質條件較差的礦區(qū)百萬噸死亡率仍在兩位數(shù)；神東、兗州等礦區(qū)百萬噸死亡率很低，達到世界先進水平。22第二十二頁，共七十六頁。無煤柱開采體系發(fā)展的現(xiàn)狀和方向一、無煤柱開采的意義1、解決護巷煤柱損失，提高煤炭資源回收率2、根除原煤柱護巷開采方案，巷道掘進期間和生產（維護）易發(fā)的重大事故包括：(1)在原始構造應力和采動應力場的高應力區(qū)掘進巷道易（引）發(fā)的沖擊地壓事故；（2）在原始構造應力和采動應力場的高應力區(qū)掘進巷道易（引）發(fā)的煤柱瓦斯、煤層突出和瓦斯爆炸事故；（3）預留護巷煤柱受力破壞過程中造成的老塘透風引發(fā)的

13、瓦斯和火災等事故（包括巷道煤柱自燃區(qū)和老塘自燃發(fā)火區(qū)）23第二十三頁，共七十六頁。3、解決在構造應力場和采動應力場的高應力區(qū)中掘巷和維護巷道易發(fā)生的頂板事故和采用“高強支護”的成本問題 24第二十四頁，共七十六頁。無煤柱開采U型通風系統(tǒng)沿空送巷Y型通風系統(tǒng)沿空留巷三、無煤柱開采的兩種方案二、無煤柱開采存在的問題（急需突破的兩個問題）1、巷道支護技術問題（包括巷旁充填技術、已破壞圍巖錨固技術及頂板控制技術的創(chuàng)新和突破）2、老塘透風問題采用巷旁充填防止老塘透風的問題（包括防止巷旁充填材料的破壞設計的理論和技術以及采用可塑性封堵老塘技術的創(chuàng)新和突破）25第二十五頁，共七十六頁。圍巖變形量預計26第二

14、十六頁，共七十六頁。 如果K=KA（KA為巖石碎脹系數(shù)），則上式為巖梁彎曲下沉和顯著運動過程中的巷道變形量u2，即： 圍巖變形量預計27第二十七頁，共七十六頁。同理，壓實矸石過程中的巷道變形u3為： C:充填帶中線與巖梁端部裂斷線間的水平距離，m L:巖梁懸跨度（端部裂斷線到觸矸點間的水平距離），m KA:巖石碎脹系數(shù)，1.301.35 mz:直接頂厚度，m Kc :矸石壓實后的殘余碎脹系數(shù)，1.001.05 圍巖變形量預計28第二十八頁，共七十六頁。 受頂板活動影響造成的總變形量u23： 圍巖變形量預計U23h29第二十九頁，共七十六頁。預留變形量巷旁充填技術充填體留巷30第三十頁，共七十六

15、頁?；仫L大巷采空區(qū)運輸順槽兼做下一個工作面的軌道順槽軌道順槽車場采空區(qū)充填采空區(qū)充填沿空留巷工作面頂板控制，采空區(qū)瓦斯，采空區(qū)自燃，地表減沉31第三十一頁，共七十六頁。似膏體采空區(qū)充填32第三十二頁，共七十六頁。2a(3-5)a2a(3-5)a地應力測試33第三十三頁，共七十六頁。巷道圍巖應力分析數(shù)值計算34第三十四頁，共七十六頁。巷道支護設計懸吊機制 組合梁機制 三鉸拱機制 能量理論 組合拱機制 經(jīng)驗公式 桁架錨桿按裂隙梁設計 松動圈錨噴支護設計方法普氏免壓拱理論35第三十五頁，共七十六頁。巷道支護設計普氏免壓拱理論 頂板最大松動范圍：36第三十六頁，共七十六頁。高強讓壓錨桿 適應軟巖巷道大

16、變形特點 37第三十七頁，共七十六頁。1注液口，2端錨螺母，3托盤，4錨桿體，5膨脹體，6保護體，7固定套筒，8端錨裝置注液錨桿 38第三十八頁，共七十六頁。樹脂端錨螺紋鎖緊中空注漿強力錨索39第三十九頁，共七十六頁。樹脂端錨螺紋鎖緊中空注漿強力錨索 中空注漿錨索壓注的水泥漿液能夠滲透到桿體周圍較大范圍的煤巖體中，對出現(xiàn)松動的煤巖體產生粘結固化作用，從而顯著改善其整體性，提高巷幫對頂板的支撐能力，進而提高巷道的整體穩(wěn)定性。與普通錨桿支護相比，由于錨注支護既注漿加固了圍巖，又給錨索提供了可靠的著力基礎，使圍巖承載能力得到顯著提高，既能有效地提高圍巖的自身強度又能改善支護體的支護特性，使得巷道變形

17、量明顯降低，是一種非常好的主動支護形式，可以較好的解決沿空送（留）巷的巷道支護問題。40第四十頁，共七十六頁。沿空留巷技術裝備及工藝液壓支架模板1.矸石粉碎設備2.攪拌設備3.混凝土輸送泵4.充填模板及支架5.輸送管道6.混凝土長距離運輸設備7.給料設備等充填泵41第四十一頁，共七十六頁。巷旁充填材料高水材料石膏采空區(qū)矸石高性能混凝土凝石技術泵 送 早 強高 強廉 價42第四十二頁，共七十六頁。巷旁充填材料高性能混凝土在普通砂石混凝土的基礎上添加各種其它材料及外加劑，以改善混凝土的各類特性、大幅提高強度、控制混凝土的凝固時間等。 采用煤礦矸石作為基礎材料，添加各種添加劑，也可以作為充填材料43

18、第四十三頁，共七十六頁。巷旁充填材料凝石技術 以工業(yè)廢渣為主要原料，加少量成巖劑制成，價格比水泥便宜，用它作為膠結充填材料，可降低充填成本。而且使用這種充填凝石(全砂土固結材料) 進行充填，所用的尾砂不用分級，它能把細粒級的尾砂及細泥一起固結，使充填成本進一步降低。44第四十四頁，共七十六頁。巖層動態(tài)監(jiān)測(礦壓觀測)測工作面巖層動態(tài)監(jiān)測研究工作面覆巖運動規(guī)律建立采場結構力學模型預計留巷的變形量設計充填高度設計風帶高度設計臥底深度45第四十五頁，共七十六頁。測線1測線2測線3測線4測線5下順第一組應力計第二組應力計1144223380m200m工作面巖層動態(tài)監(jiān)測46第四十六頁，共七十六頁。KJ3

19、85在線式工作面巖層動態(tài)監(jiān)測系統(tǒng)47第四十七頁，共七十六頁。離線式工作面巖層動態(tài)監(jiān)測系統(tǒng)48第四十八頁，共七十六頁。YHY-60-ZK煤巖鉆孔應力監(jiān)測記錄儀49第四十九頁，共七十六頁。井下巖層動態(tài)監(jiān)測信息的智能可視化分析系統(tǒng) 軟件，硬件在線監(jiān)測離線監(jiān)測手工監(jiān)測支架阻力，活柱縮量端面距，片幫深度圍巖移近量，離層，多點位移錨桿（索）阻力，測力錨桿煤體應力，動態(tài)儀瓦斯，co，風速，溫度監(jiān)測信息的智能分析，日報微震50第五十頁，共七十六頁。51第五十一頁，共七十六頁。52第五十二頁，共七十六頁。53第五十三頁，共七十六頁。沿空留巷圍巖變形監(jiān)測矸石沿空留巷圍巖變形監(jiān)測壓力傳感器54第五十四頁，共七十六頁

20、。采場結構模型組成及分類采場支架控制設計結構力學模型及支架工作參數(shù)的確定采場結構力學參數(shù)確定支架設計參數(shù)確定55第五十五頁，共七十六頁。模型采場組成及分類直接頂?shù)谝粠r梁第二巖梁56第五十六頁，共七十六頁。 (1)有“內應力場”的結構力學模型a單巖梁老頂結構 b多巖梁老頂結構57第五十七頁，共七十六頁。 (2)無“內應力場”的結構力學模型a單巖梁老頂結構 b多巖梁老頂結構58第五十八頁，共七十六頁。采場結構參數(shù)確定(1) 直接頂厚度確定理論判定 實測推斷59第五十九頁，共七十六頁。(2) 老頂厚度確定實測推斷 單一巖梁和多巖梁上覆巖層結構組成情況及其采場礦壓顯現(xiàn)如圖a、圖b所示60第六十頁，共七

21、十六頁。理論判定 a.撓度法 相鄰巖層同時運動（組成同一巖梁）則： 相鄰巖層分別運動（構成不同巖梁）則： b.裂斷步距法61第六十一頁，共七十六頁。 (1)支架支護強度工況方案 直接頂：給定載荷 老頂：可給定變形也可限定變形 控制準則 直接頂：給定載荷 老頂：對下位巖梁限定變形定載荷，上位巖梁給定變形定縮量 支架設計參數(shù)確定 控制目標 防止直接頂塌垮；防止支架被“壓死” 控制方案確定 以防止堅硬巖梁動態(tài)沖擊要求對下位巖梁限定變形定阻力、對上位巖梁給定變形定縮量62第六十二頁，共七十六頁。(2) 支架工作阻力(3) 支架縮量63第六十三頁，共七十六頁。大采高采場礦壓顯現(xiàn)及頂板控制設計面對的問題和

22、要點采高增大，垮冒的巖層（直接頂）厚度可能大幅度增加，直接頂中出現(xiàn)大跨度懸頂堅硬巖層的可能性（幾率）增大。因此要求平衡（對抗）直接頂運動，特別是懸頂動壓沖擊所必需的支架阻抗力有可能大幅度增加。懸露直接頂64第六十四頁，共七十六頁。在直接頂厚度大幅度增加的條件下，影響采場礦壓顯現(xiàn)的“傳遞巖梁（老頂）”范圍（包括數(shù)目和總厚度）相對減少，相關“巖梁”距采場的高度增大，裂斷運動對采場動壓沖擊的可能性明顯下降。大采高老頂距采場高度H2H1普通采高老頂距采場高度65第六十五頁，共七十六頁。直接頂下沉量當垮冒的巖層（直接頂）厚度較小，支架在“給定變形”工況條件下工作時，要求適應采場頂板下沉所必需的支架縮量將

23、隨采高加大成比例的增加。要求支架縮量66第六十六頁，共七十六頁。搞清采場上覆巖層（頂板）結構組成，包括各巖層的厚度和巖性強度。針對采高正確地確定垮冒巖層厚度和出現(xiàn)懸頂?shù)目赡苄?，準確地確定懸頂位置、厚度及可能的最大懸跨度是大采高采場頂板控制設計及支架選型計算的關鍵。大采高頂板控制和支架選型計算的準則應該是： a.支架阻抗力滿足支撐直接頂（特別是有懸頂）要求； b.縮量應滿足67第六十七頁，共七十六頁。案例分析“給定變形”，縮量hA(1.1m)SA(2m)，支架被壓死68第六十八頁，共七十六頁。直接頂運動的控制：給定載荷A=mzzfz大采高頂板控制設計模型及支架合理工況參數(shù)確定老頂巖梁控制支護強度

24、確定結構模型和參數(shù)設計 69第六十九頁，共七十六頁。根據(jù)平衡方程，對O點取矩：令lZ1=lk令RT=Alk lt=lk/2令lf=0令lf=lk令mz1=mz270第七十頁，共七十六頁。 (1)支架支護強度控制（對抗）直接頂?shù)闹Ъ馨踩r方案 a.全厚“給定載荷”方案 該工況方案條件下，支架阻力按平衡（對抗）直接頂裂斷垮落時可能的最大作用力設計，杜絕直接頂板下沉和大跨度懸頂裂斷跨落時的動壓沖擊。 b.懸頂“給定變形”方案 該工況方案條件下，支架阻抗力只需平衡直接頂大跨度懸頂下位垮落巖層的作用力。支架縮量足以適應懸頂老塘觸矸時在控頂距處的采場最大頂板沉降值。 采場支架合理（安全）工況方案的選擇

25、71第七十一頁，共七十六頁。 對抗老頂巖梁裂斷來壓的安全工況方案 a.“給定變形”工作方案 該方案在老頂裂斷來壓時的支架阻抗力足以平衡直接頂?shù)淖饔昧?，縮量能夠完全適應下位巖梁觸矸（沉到底）時的采場頂板最大下沉值。 本方案最適合在下位巖梁厚度大、支承壓力高峰深入煤壁前方，老頂呈現(xiàn)單巖梁結構特征的條件下采用 b.“限定變形”方案 該方案在對直接頂“給定載荷”的同時，把老頂下位巖梁單獨裂斷來壓時的采場頂板下沉值控制到足以排除上位堅硬巖梁裂斷來壓時刻出現(xiàn)動擊的可能性。該方案在下位巖梁強度低、上位巖梁強度高的多巖梁結構條件下使用。72第七十二頁，共七十六頁。 (1)控制準則 防止直接頂塌跨和老頂動壓沖擊，把采場頂板下沉量控制在支架縮量所允許的范圍內（即保證支架不被“壓死”） (2)力學保證條件 支架阻抗力必須平衡直接頂裂斷來壓時最大作用力和防止老頂來壓動壓沖擊，相應的力學保證條件是：控制準則和力學保證條件 式中 PT支護強度，MPa;