煤礦切頂卸壓沿空成巷無煤柱開采關(guān)鍵技術(shù)研究課件

煤礦切頂卸壓沿空成巷無煤柱開采

關(guān)鍵技術(shù)研究煤礦切頂卸壓沿空成巷無煤柱開采

關(guān)鍵技術(shù)研究立項背景及總體思路1匯報內(nèi)容主要研究內(nèi)容2關(guān)鍵技術(shù)及創(chuàng)新點3技術(shù)經(jīng)濟指標(biāo)及知識產(chǎn)權(quán)4推動行業(yè)科技進步的作用5應(yīng)用推廣和經(jīng)濟社會效益6立項背景及總體思路1匯報內(nèi)容主要研究內(nèi)容2關(guān)鍵技術(shù)及創(chuàng)頂板及煤與瓦斯突出占煤礦各類事故死亡人數(shù)65%，為事故之首，西南三省更嚴重其中60%以上的頂板和煤與瓦斯突出事故發(fā)生在工作面順槽，是最大安全威脅工作面順槽布置方式分為：常規(guī)留煤柱開采和傳統(tǒng)無煤柱沿空留巷開采其它10%一、立項背景及研究思路1、立項背景西南地區(qū)最為嚴重2009年全國煤礦事故死亡人數(shù)比例圖

2006-2008年部分省區(qū)煤礦年平均頂板事故頂板及煤與瓦斯突出占煤礦各類事故死亡人數(shù)65%，為事故之首，長壁留煤柱開采方法一、立項背景及研究思路采空區(qū)第一工作面第二工作面下順槽上順槽上順槽下順槽第二工作面

常規(guī)留煤柱開采：我國煤礦90%為長壁開采，常規(guī)留煤柱開采巖層斷裂移動引起力學(xué)疊加和擾動，破壞頂板和形成集中應(yīng)力，是造成冒頂、瓦斯突出、火災(zāi)等自然災(zāi)害加劇的根本力學(xué)因素。且由于順槽煤柱的存在，將多丟煤炭8%，多掘順槽巷道50%。留設(shè)煤柱回采煤層長壁留煤柱開采方法一、立項背景及研究思路采空區(qū)第一工作面第二一、立項背景及研究思路第二工作面第一步：第一個工作面上下順槽施工第一工作面下順槽上順槽原始煤層及應(yīng)力分布一、立項背景及研究思路第二工作面第一步：第一個工作面上下順槽一、立項背景及研究思路第二工作面第一工作面回采下順槽上順槽第二步：第一個工作面回采及頂板垮落采空區(qū)矸石第二工作面第二工作面一、立項背景及研究思路第二工作面第一工作面回采下順槽上順槽第其它10%三、關(guān)鍵技術(shù)及創(chuàng)新點頂板自然垮落模型頂板自然垮落應(yīng)力雙峰模型運輸3.7%

其它10%三、關(guān)鍵技術(shù)及創(chuàng)新點頂板自然垮落模型頂板自然垮落應(yīng)長壁無煤柱開采方法一、立項背景及研究思路采空區(qū)第一工作面第二工作面下順槽上順槽上順槽下順槽傳統(tǒng)無煤柱沿空留巷開采：上世紀(jì)60年代，以德國、英國為主開始研究，從強支護到薄煤皮及巷旁充填，均為剛性被動支護，存在：護巷安全可行性差、成本高、勞動強度大、生產(chǎn)效率低等缺點。近年中國對煤炭的強烈需求，促進了無煤柱開采技術(shù)攻關(guān)，開發(fā)出了高水材料及其輸送泵，仍難以滿足現(xiàn)場應(yīng)用需要。導(dǎo)致無煤柱安全高效經(jīng)濟開采這一世界性技術(shù)難題，至今尚未攻克。

回采煤層長壁無煤柱開采方法一、立項背景及研究思路采空區(qū)第一工作面第二一、立項背景及研究思路傳統(tǒng)留巷方法及順槽施工采空區(qū)矸石第二工作面留煤柱掘巷外應(yīng)力場掘巷原始應(yīng)力場掘巷第二工作面小煤柱掘巷采空區(qū)矸石第二工作面沿空留巷巷旁充填第二工作面一、立項背景及研究思路傳統(tǒng)留巷方法及順槽施工采空區(qū)矸石第二工切頂卸壓沿空成巷設(shè)計研究工業(yè)應(yīng)用研究遠程實時監(jiān)控預(yù)警中心恒阻錨桿靜力測試系統(tǒng)巖石水理作用測試系統(tǒng)T-P耦合瓦斯運移測試系統(tǒng)恒阻錨桿動力測試系統(tǒng)成巷力學(xué)模型試驗臺恒阻錨網(wǎng)索支護設(shè)計聚能爆破切縫設(shè)計遠程實時在線監(jiān)測設(shè)計

切頂卸壓沿空成巷試驗平臺研發(fā)

配套關(guān)鍵技術(shù)研發(fā)恒阻讓壓支護技術(shù)爆破切縫技術(shù)治災(zāi)技術(shù)措施切頂卸壓沿空成巷理論研究數(shù)學(xué)力學(xué)理論模型采場應(yīng)力分布特征數(shù)值計算力學(xué)模型切頂支護阻力確定礦壓遠程監(jiān)測技術(shù)2、研究思路：為有效防范安全事故和提高煤炭資源回收，從而提出了本課題。建立主動切頂卸壓成巷無煤柱開采新技術(shù)理論。項目總體研究技術(shù)路線圖一、立項背景及研究思路切頂卸壓沿空成巷設(shè)計研究工業(yè)應(yīng)用研究遠程實時監(jiān)控預(yù)警中心恒阻1、主動切頂卸壓沿空成巷機理及力學(xué)模型研究

建立切頂卸壓沿空成巷力學(xué)、物理、數(shù)值模擬實驗?zāi)Ｐ停芯壳许斝秹貉乜粘上镞^程中的變形失穩(wěn)規(guī)律，以及采礦參數(shù)等工程條件的影響規(guī)律，找出主控參數(shù)，構(gòu)建力學(xué)模型試驗系統(tǒng)，揭示主動切頂卸壓沿空成巷機理。2、主動切頂卸壓沿空成巷試驗測試平臺研發(fā)

構(gòu)建切頂卸壓沿空成巷試驗物理力學(xué)模型系統(tǒng)，解決主動切頂卸壓沿空成巷模擬及工業(yè)設(shè)計參數(shù)優(yōu)化難題；研究建立沿空成巷過程中的T-P耦合瓦斯突出與解析模擬實驗裝置、圍巖吸水軟化試驗裝置，解決室內(nèi)實驗設(shè)備問題。3、雙向聚能爆破主動切頂裝置及技術(shù)研發(fā)

開發(fā)適用煤礦的新型雙向聚能爆破裝置，及雙向聚能爆破預(yù)裂頂板技術(shù)，解決既能主動切頂，又盡可能減少因爆破對沿空巷道圍巖破壞的技術(shù)難題。二、主要研究內(nèi)容1、主動切頂卸壓沿空成巷機理及力學(xué)模型研究二、主要研究內(nèi)容4、新型恒阻大變形錨桿索支護材料及技術(shù)研發(fā)

開發(fā)適用沿空巷道變形規(guī)律的新型錨桿索支護材料，及與之配套的測試平臺。解決現(xiàn)有支護材料難以適應(yīng)沿空巷道變形，巖層斷裂擾動造成的支護技術(shù)難題。5、礦壓遠程實時監(jiān)測及預(yù)警系統(tǒng)的研發(fā)

開發(fā)沿空巷道礦壓在線實時監(jiān)測及預(yù)警系統(tǒng)，解決常規(guī)人工觀測不能及時掌握礦壓顯現(xiàn)規(guī)律和改變支護的技術(shù)難題。6、主動切頂卸壓沿空成巷工藝的研發(fā)

研究并建立主動切頂卸壓沿空成巷的系統(tǒng)工藝，解決理論技術(shù)的工業(yè)應(yīng)用問題。二、主要研究內(nèi)容二、主要研究內(nèi)容

1、建立了主動切頂卸壓沿空成巷新技術(shù)理論

切頂卸壓沿空成巷——預(yù)裂高度卸壓效應(yīng)三、關(guān)鍵技術(shù)及創(chuàng)新點（a）預(yù)裂高度2m最大主應(yīng)力場（b）預(yù)裂高度4m最大主應(yīng)力場（c）預(yù)裂高度6m最大主應(yīng)力場（d）預(yù)裂高度8m最大主應(yīng)力場1、建立了主動切頂卸壓沿空成巷新技術(shù)理論切其它10%三、關(guān)鍵技術(shù)及創(chuàng)新點頂板自然垮落模型頂板自然垮落應(yīng)力雙峰模型運輸3.7%需切頂沿空成巷位置其它10%三、關(guān)鍵技術(shù)及創(chuàng)新點頂板自然垮落模型頂板自然垮落應(yīng)切頂卸壓沿空成巷力學(xué)模型圖三、關(guān)鍵技術(shù)及創(chuàng)新點工作面下一工作面錨索上順槽下順槽底板煤層直接頂老頂切頂卸壓沿空成巷力學(xué)模型圖三、關(guān)鍵技術(shù)及創(chuàng)新點工作面下一工作5—7天30天以上三、關(guān)鍵技術(shù)及創(chuàng)新點預(yù)裂切縫切頂卸壓沿空成巷數(shù)學(xué)力學(xué)模型恒阻錨索5—7天30天以上三、關(guān)鍵技術(shù)及創(chuàng)新點預(yù)裂切縫切頂卸壓沿三、關(guān)鍵技術(shù)及創(chuàng)新點沿空切頂模型沿空切頂成巷應(yīng)力雙峰模型巷旁單體支柱切落成巷幫

恒阻錨索三、關(guān)鍵技術(shù)及創(chuàng)新點沿空切頂模型沿空切頂成巷應(yīng)力雙峰模型巷旁三、關(guān)鍵技術(shù)及創(chuàng)新點沿空切頂支護阻力：5—7天其中：三、關(guān)鍵技術(shù)及創(chuàng)新點沿空切頂支護阻力：5—7天其中：煤巖T-P耦合瓦斯解析運移特性實驗裝置

2、研發(fā)了主動切頂卸壓沿空成巷試驗測試平臺

三、關(guān)鍵技術(shù)及創(chuàng)新點TP耦合氣化效應(yīng)實驗主機出氣管口高靈敏度微壓傳感器高靈敏度流量計量儀放氣口氣相色譜分析儀K2K1煤巖T-P耦合瓦斯解析運移特性實驗裝置2、研發(fā)了主動切頂卸三、關(guān)鍵技術(shù)及創(chuàng)新點切頂成巷物理力學(xué)模型試驗裝置

切頂成巷圍巖水理測試試驗裝置

模擬了不同煤巖參數(shù)條件下，最佳的主動切頂卸壓成巷技術(shù)指標(biāo)和操作工藝，提高了成巷的安全可行性。

三、關(guān)鍵技術(shù)及創(chuàng)新點切頂成巷物理力學(xué)模型試驗裝置切頂成巷圍

3、研發(fā)了沿空切頂雙向聚能爆破裝置及技術(shù)：發(fā)明了適用于煤礦切頂?shù)碾p向聚能爆破裝置，研發(fā)了沿空切頂雙向聚能控制爆破技術(shù)，解決了沿空巷道頂板預(yù)裂爆破時對圍巖破壞的技術(shù)難題。

三、關(guān)鍵技術(shù)及創(chuàng)新點

灰?guī)r聚能爆破效果花崗巖聚能爆破效果3、研發(fā)了沿空切頂雙向聚能爆破裝置及技術(shù)：發(fā)明沿空切頂成巷井下聚能爆破切縫預(yù)裂后切落塊體三、關(guān)鍵技術(shù)及創(chuàng)新點沿空切頂成巷井下聚能爆破切縫預(yù)裂后切落塊體三、關(guān)鍵技術(shù)及創(chuàng)新

4、研發(fā)了恒阻大變形錨索（桿）新型支護材料及技術(shù)

三、關(guān)鍵技術(shù)及創(chuàng)新點傳統(tǒng)錨桿（索）存在問題：延伸量低(<80mm)，無法適應(yīng)沿空巷道大變形及沖擊大變形，過早破斷失去承載力適合于切頂卸壓沿空成巷的支護材料——恒阻大變形錨索(桿)恒阻力達到120～130KN延伸量達到0.3～0.65m動態(tài)9820.5J沖擊能量，沖擊5次，錨索伸長量達1.0～1.2m仍能保持有效支護,可以充分適應(yīng)沿空巷道大變形及沖擊大變形對延伸量的要求，處于領(lǐng)先水平。恒阻大變形裝置錨索桿體錨索托盤恒阻大變形錨桿結(jié)構(gòu)設(shè)計示意圖4、研發(fā)了恒阻大變形錨索（桿）新型支護材料及技術(shù)三、關(guān)鍵

恒阻錨桿索靜力測試平臺恒阻錨桿索沖擊動力測試平臺控制臺主機系統(tǒng)三、關(guān)鍵技術(shù)及創(chuàng)新點恒阻錨桿索靜力測試平臺恒阻錨桿索沖擊動力測試平臺控制臺主機三、關(guān)鍵技術(shù)及創(chuàng)新點

5、研發(fā)了礦壓遠程實時監(jiān)測及預(yù)警系統(tǒng)現(xiàn)場監(jiān)測數(shù)據(jù)就地儲存發(fā)送到遠程工作室(礦井、北京試驗室)自動實時分析判斷隱患預(yù)警管理、現(xiàn)場、試驗室采取措施防止事故北京試驗室監(jiān)測中心白皎煤礦監(jiān)測中心三、關(guān)鍵技術(shù)及創(chuàng)新點5、研發(fā)了礦壓遠程實時監(jiān)測及預(yù)警系統(tǒng)北監(jiān)測參數(shù)：采集錨索荷載、頂板離層量、礦壓三、關(guān)鍵技術(shù)及創(chuàng)新點巷道圍巖穩(wěn)定應(yīng)力傳感器應(yīng)力信號儲存應(yīng)力信號發(fā)射離層巖體深部巖體相互作用應(yīng)力監(jiān)測應(yīng)力信號激發(fā)應(yīng)力信號接收應(yīng)力狀態(tài)穩(wěn)定應(yīng)力狀態(tài)不穩(wěn)定圍巖穩(wěn)定性判定及控制對策巷道工程情況應(yīng)力動態(tài)曲線應(yīng)力信號處理巷道圍巖分區(qū)巷道測點布置巖體應(yīng)力動態(tài)顯示應(yīng)力預(yù)警曲線室內(nèi)接收分析系統(tǒng)現(xiàn)場采集發(fā)射系統(tǒng)監(jiān)測參數(shù)：采集錨索荷載、頂板離層量、礦壓三、關(guān)鍵技術(shù)及創(chuàng)新5—7天三、關(guān)鍵技術(shù)及創(chuàng)新點錨索受力儀安裝

頂板離層儀安裝

井上監(jiān)測中心界面

遠程監(jiān)測中心界面5—7天三、關(guān)鍵技術(shù)及創(chuàng)新點錨索受力儀安裝頂板離層儀安裝6、研發(fā)了切頂卸壓沿空成巷工藝流程三、關(guān)鍵技術(shù)及創(chuàng)新點施工采面上下順槽→下順槽采空側(cè)超前加固錨索及頂板預(yù)裂爆破施工→動壓臨時加強支護及遠程實時監(jiān)測系統(tǒng)布設(shè)→工作面回采→高強沿空擋矸支護，采場頂板周期來壓自動切頂卸壓成巷→回收工作面后方礦壓穩(wěn)定區(qū)沿空成巷內(nèi)支護材料，并噴漿封閉采空區(qū)→第二個采煤工作面無煤柱開采。6、研發(fā)了切頂卸壓沿空成巷工藝流程三、關(guān)鍵技術(shù)及創(chuàng)新點切頂卸壓成巷無煤柱開采示意圖四、主要技術(shù)經(jīng)濟指標(biāo)及知識產(chǎn)權(quán)采空區(qū)第一工作面第二工作面下順槽上順槽上順槽下順槽

1、試驗區(qū)安全沿空成巷460米，并實現(xiàn)了第二個工作面的無煤柱開采。為世界首次實現(xiàn)自動成巷無煤柱開采?；夭擅簩忧许斝秹撼上餆o煤柱開采示意圖四、主要技術(shù)經(jīng)濟指標(biāo)及知識產(chǎn)權(quán)采工作面機巷后方切頂成巷斷面圖工作面后方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、主要技術(shù)經(jīng)濟指標(biāo)及知識產(chǎn)權(quán)工作面機巷后方切頂成巷斷面圖工作面后方150m工作面后方50第二工作面風(fēng)巷前方二次復(fù)用斷面圖工作面前方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、主要技術(shù)經(jīng)濟指標(biāo)及知識產(chǎn)權(quán)第二工作面風(fēng)巷前方二次復(fù)用斷面圖工作面前方30m工作面前方22、試驗區(qū)沿空成巷每米造價465.78元，僅為原傳統(tǒng)方法(每米造價3075元)的15%，相比節(jié)約85%，即2609元/米，共節(jié)約120萬元。3、與常規(guī)留煤柱開采相比：①.少掘一條460米的巷道及矸石運輸排放，節(jié)約182萬元。②.多回收10米寬的煤柱資源10626噸，增加產(chǎn)值441.6萬元。③.節(jié)約防突工程費312.8萬元。④節(jié)約巷道施工時間3個月，使第二個工作面提前3個月開采，多出煤86742t，直接效益867萬。共計1803.4萬元。4、安全威脅大幅降低，社會效益顯著。采用沿空成巷后，消除了常規(guī)留煤柱開采順槽巷道施工存在的煤與瓦斯突出等安全威脅。采用Y型通風(fēng)和底板網(wǎng)格強力抽采瓦斯技術(shù)，瓦斯威脅大幅降低。由于采用超前作業(yè)，避免了傳統(tǒng)沿空留巷需大量人員搬運材料設(shè)備，進入沿空留巷段長時間高強度施工作業(yè)的安全風(fēng)險，安全威脅和職工勞動強度大幅降低，采煤生產(chǎn)效率提高15%左右。取消了傳統(tǒng)高水充填護巷材料，減少了環(huán)境污染和能源消耗。四、主要技術(shù)經(jīng)濟指標(biāo)及知識產(chǎn)權(quán)2、試驗區(qū)沿空成巷每米造價465.78元，僅為原傳統(tǒng)方法(每四、主要技術(shù)經(jīng)濟指標(biāo)及知識產(chǎn)權(quán)獲國家發(fā)明專利5項四、主要技術(shù)經(jīng)濟指標(biāo)及知識產(chǎn)權(quán)獲國家發(fā)明專利5項公開發(fā)表學(xué)術(shù)論文3篇四、主要技術(shù)經(jīng)濟指標(biāo)及知識產(chǎn)權(quán)公開發(fā)表學(xué)術(shù)論文3篇四、主要技術(shù)經(jīng)濟指標(biāo)及知識產(chǎn)權(quán)經(jīng)國家一級查新機構(gòu)，煤炭技術(shù)信息研究院科技查新中心查新，結(jié)論為:國內(nèi)外未見與煤礦切頂卸壓沿空成巷無煤柱開采關(guān)鍵技術(shù)研究相同內(nèi)容的報道。四、主要技術(shù)經(jīng)濟指標(biāo)及知識產(chǎn)權(quán)

經(jīng)省科技廳組織相關(guān)院士組成的專家組鑒定，認為：“該項目堅持理論、實驗室研究、現(xiàn)場應(yīng)用和實踐檢驗的緊密結(jié)合，在實踐中得到成功應(yīng)用，消除了工作面留設(shè)煤柱引發(fā)的頂板事故、沖擊地壓、煤與瓦斯突出等安全隱患，經(jīng)濟社會效益顯著。研究的創(chuàng)造性、系統(tǒng)性、科學(xué)性方面達到了新的高度，達到了國際領(lǐng)先水平，具有廣闊的推廣前景。經(jīng)國家一級查新機構(gòu)，煤炭技術(shù)信息研究院科技查針對常規(guī)留煤柱開采和傳統(tǒng)沿空留巷無煤柱開采的技術(shù)理論難點，建立了主動切頂卸壓沿空成巷無煤柱開采理論。變被動支護留巷為主動切頂卸壓成巷，變害為利，解決了無煤柱安全高效經(jīng)濟開采世界難題，為煤礦安全高效生產(chǎn)提供了重要的技術(shù)支撐，具有很好的示范和帶動作用。由于理論先進，可操作和實用性強，安全威脅小，成本低，勞動生產(chǎn)效率高等優(yōu)勢。能較好的促進煤炭企業(yè)大規(guī)模推廣應(yīng)用，并提升中國煤炭行業(yè)開采的技術(shù)裝備水平。由于擁有相關(guān)自主知識產(chǎn)權(quán)，且降低了環(huán)境污染和能耗，可提高在國際煤炭開采技術(shù)上的合作水平和競爭力。

該項目開發(fā)的恒阻錨索、聚能爆破、遠程礦壓實時監(jiān)測預(yù)警技術(shù)，均可單獨應(yīng)用到煤礦和其它礦山、遂道工程等，可提高安全度和工程質(zhì)量，降低工程成本，應(yīng)用前景廣闊。五、推動行業(yè)科技進步的作用針對常規(guī)留煤柱開采和傳統(tǒng)沿空留巷無煤柱開采的1、在白皎煤礦應(yīng)用：①.2010年在試驗區(qū)沿空成巷460米。②.2011年在第二個工作面實現(xiàn)無煤柱開采，并對第三個工作面實現(xiàn)切頂成巷520米。每米效益為2.3萬元。芙蓉礦區(qū)每年需沿留巷無煤柱開采4600米，則可取得經(jīng)濟效益1.058億元。若每年對全國國有重點煤礦按10%進行推廣，則年可多回收煤炭資源2500萬噸，增收節(jié)支效益126億元。推廣應(yīng)用前景和工業(yè)價值十分巨大。2、推廣應(yīng)用：已推廣應(yīng)用到杉木樹礦、沈北礦區(qū)清水煤礦。與四川煤炭產(chǎn)業(yè)集團公司簽定了推廣應(yīng)用研究協(xié)議，將在四川國有重點煤礦中推廣應(yīng)用。另重慶天府礦區(qū)、黑龍江雞西礦區(qū)、貴州盤江礦區(qū)等已到現(xiàn)場考察過，推廣應(yīng)用愿望強烈，正在做推廣應(yīng)用前期工作。恒阻錨索、聚能爆破、遠程礦壓實時監(jiān)測預(yù)警專有技術(shù)，已形產(chǎn)品制造并大量銷售應(yīng)用。3、社會效益：大幅降低了煤與瓦斯突出等自然災(zāi)害安全威脅；減輕了職工勞動強度，提高了勞動生產(chǎn)效率，可實現(xiàn)高產(chǎn)高效開采；增加了煤炭資源回收，降低了護巷成本，提高了企業(yè)經(jīng)濟效益；取消了傳統(tǒng)高水充填護巷材料，減少了環(huán)境污染和能源消耗。經(jīng)濟效益和社會效益特別顯著。六、應(yīng)用推廣和經(jīng)濟社會效益1、在白皎煤礦應(yīng)用：①.2010年在試驗區(qū)謝謝！匯報完畢，不妥之處，請批評指正。謝謝！匯報完畢，不妥之處，請批評指正。煤礦切頂卸壓沿空成巷無煤柱開采

關(guān)鍵技術(shù)研究煤礦切頂卸壓沿空成巷無煤柱開采

關(guān)鍵技術(shù)研究立項背景及總體思路1匯報內(nèi)容主要研究內(nèi)容2關(guān)鍵技術(shù)及創(chuàng)新點3技術(shù)經(jīng)濟指標(biāo)及知識產(chǎn)權(quán)4推動行業(yè)科技進步的作用5應(yīng)用推廣和經(jīng)濟社會效益6立項背景及總體思路1匯報內(nèi)容主要研究內(nèi)容2關(guān)鍵技術(shù)及創(chuàng)頂板及煤與瓦斯突出占煤礦各類事故死亡人數(shù)65%，為事故之首，西南三省更嚴重其中60%以上的頂板和煤與瓦斯突出事故發(fā)生在工作面順槽，是最大安全威脅工作面順槽布置方式分為：常規(guī)留煤柱開采和傳統(tǒng)無煤柱沿空留巷開采其它10%一、立項背景及研究思路1、立項背景西南地區(qū)最為嚴重2009年全國煤礦事故死亡人數(shù)比例圖

2006-2008年部分省區(qū)煤礦年平均頂板事故頂板及煤與瓦斯突出占煤礦各類事故死亡人數(shù)65%，為事故之首，長壁留煤柱開采方法一、立項背景及研究思路采空區(qū)第一工作面第二工作面下順槽上順槽上順槽下順槽第二工作面

常規(guī)留煤柱開采：我國煤礦90%為長壁開采，常規(guī)留煤柱開采巖層斷裂移動引起力學(xué)疊加和擾動，破壞頂板和形成集中應(yīng)力，是造成冒頂、瓦斯突出、火災(zāi)等自然災(zāi)害加劇的根本力學(xué)因素。且由于順槽煤柱的存在，將多丟煤炭8%，多掘順槽巷道50%。留設(shè)煤柱回采煤層長壁留煤柱開采方法一、立項背景及研究思路采空區(qū)第一工作面第二一、立項背景及研究思路第二工作面第一步：第一個工作面上下順槽施工第一工作面下順槽上順槽原始煤層及應(yīng)力分布一、立項背景及研究思路第二工作面第一步：第一個工作面上下順槽一、立項背景及研究思路第二工作面第一工作面回采下順槽上順槽第二步：第一個工作面回采及頂板垮落采空區(qū)矸石第二工作面第二工作面一、立項背景及研究思路第二工作面第一工作面回采下順槽上順槽第其它10%三、關(guān)鍵技術(shù)及創(chuàng)新點頂板自然垮落模型頂板自然垮落應(yīng)力雙峰模型運輸3.7%

其它10%三、關(guān)鍵技術(shù)及創(chuàng)新點頂板自然垮落模型頂板自然垮落應(yīng)長壁無煤柱開采方法一、立項背景及研究思路采空區(qū)第一工作面第二工作面下順槽上順槽上順槽下順槽傳統(tǒng)無煤柱沿空留巷開采：上世紀(jì)60年代，以德國、英國為主開始研究，從強支護到薄煤皮及巷旁充填，均為剛性被動支護，存在：護巷安全可行性差、成本高、勞動強度大、生產(chǎn)效率低等缺點。近年中國對煤炭的強烈需求，促進了無煤柱開采技術(shù)攻關(guān)，開發(fā)出了高水材料及其輸送泵，仍難以滿足現(xiàn)場應(yīng)用需要。導(dǎo)致無煤柱安全高效經(jīng)濟開采這一世界性技術(shù)難題，至今尚未攻克。

回采煤層長壁無煤柱開采方法一、立項背景及研究思路采空區(qū)第一工作面第二一、立項背景及研究思路傳統(tǒng)留巷方法及順槽施工采空區(qū)矸石第二工作面留煤柱掘巷外應(yīng)力場掘巷原始應(yīng)力場掘巷第二工作面小煤柱掘巷采空區(qū)矸石第二工作面沿空留巷巷旁充填第二工作面一、立項背景及研究思路傳統(tǒng)留巷方法及順槽施工采空區(qū)矸石第二工切頂卸壓沿空成巷設(shè)計研究工業(yè)應(yīng)用研究遠程實時監(jiān)控預(yù)警中心恒阻錨桿靜力測試系統(tǒng)巖石水理作用測試系統(tǒng)T-P耦合瓦斯運移測試系統(tǒng)恒阻錨桿動力測試系統(tǒng)成巷力學(xué)模型試驗臺恒阻錨網(wǎng)索支護設(shè)計聚能爆破切縫設(shè)計遠程實時在線監(jiān)測設(shè)計

切頂卸壓沿空成巷試驗平臺研發(fā)

配套關(guān)鍵技術(shù)研發(fā)恒阻讓壓支護技術(shù)爆破切縫技術(shù)治災(zāi)技術(shù)措施切頂卸壓沿空成巷理論研究數(shù)學(xué)力學(xué)理論模型采場應(yīng)力分布特征數(shù)值計算力學(xué)模型切頂支護阻力確定礦壓遠程監(jiān)測技術(shù)2、研究思路：為有效防范安全事故和提高煤炭資源回收，從而提出了本課題。建立主動切頂卸壓成巷無煤柱開采新技術(shù)理論。項目總體研究技術(shù)路線圖一、立項背景及研究思路切頂卸壓沿空成巷設(shè)計研究工業(yè)應(yīng)用研究遠程實時監(jiān)控預(yù)警中心恒阻1、主動切頂卸壓沿空成巷機理及力學(xué)模型研究

建立切頂卸壓沿空成巷力學(xué)、物理、數(shù)值模擬實驗?zāi)Ｐ?，研究切頂卸壓沿空成巷過程中的變形失穩(wěn)規(guī)律，以及采礦參數(shù)等工程條件的影響規(guī)律，找出主控參數(shù)，構(gòu)建力學(xué)模型試驗系統(tǒng)，揭示主動切頂卸壓沿空成巷機理。2、主動切頂卸壓沿空成巷試驗測試平臺研發(fā)

構(gòu)建切頂卸壓沿空成巷試驗物理力學(xué)模型系統(tǒng)，解決主動切頂卸壓沿空成巷模擬及工業(yè)設(shè)計參數(shù)優(yōu)化難題；研究建立沿空成巷過程中的T-P耦合瓦斯突出與解析模擬實驗裝置、圍巖吸水軟化試驗裝置，解決室內(nèi)實驗設(shè)備問題。3、雙向聚能爆破主動切頂裝置及技術(shù)研發(fā)

開發(fā)適用煤礦的新型雙向聚能爆破裝置，及雙向聚能爆破預(yù)裂頂板技術(shù)，解決既能主動切頂，又盡可能減少因爆破對沿空巷道圍巖破壞的技術(shù)難題。二、主要研究內(nèi)容1、主動切頂卸壓沿空成巷機理及力學(xué)模型研究二、主要研究內(nèi)容4、新型恒阻大變形錨桿索支護材料及技術(shù)研發(fā)

開發(fā)適用沿空巷道變形規(guī)律的新型錨桿索支護材料，及與之配套的測試平臺。解決現(xiàn)有支護材料難以適應(yīng)沿空巷道變形，巖層斷裂擾動造成的支護技術(shù)難題。5、礦壓遠程實時監(jiān)測及預(yù)警系統(tǒng)的研發(fā)

開發(fā)沿空巷道礦壓在線實時監(jiān)測及預(yù)警系統(tǒng)，解決常規(guī)人工觀測不能及時掌握礦壓顯現(xiàn)規(guī)律和改變支護的技術(shù)難題。6、主動切頂卸壓沿空成巷工藝的研發(fā)

研究并建立主動切頂卸壓沿空成巷的系統(tǒng)工藝，解決理論技術(shù)的工業(yè)應(yīng)用問題。二、主要研究內(nèi)容二、主要研究內(nèi)容

1、建立了主動切頂卸壓沿空成巷新技術(shù)理論

切頂卸壓沿空成巷——預(yù)裂高度卸壓效應(yīng)三、關(guān)鍵技術(shù)及創(chuàng)新點（a）預(yù)裂高度2m最大主應(yīng)力場（b）預(yù)裂高度4m最大主應(yīng)力場（c）預(yù)裂高度6m最大主應(yīng)力場（d）預(yù)裂高度8m最大主應(yīng)力場1、建立了主動切頂卸壓沿空成巷新技術(shù)理論切其它10%三、關(guān)鍵技術(shù)及創(chuàng)新點頂板自然垮落模型頂板自然垮落應(yīng)力雙峰模型運輸3.7%需切頂沿空成巷位置其它10%三、關(guān)鍵技術(shù)及創(chuàng)新點頂板自然垮落模型頂板自然垮落應(yīng)切頂卸壓沿空成巷力學(xué)模型圖三、關(guān)鍵技術(shù)及創(chuàng)新點工作面下一工作面錨索上順槽下順槽底板煤層直接頂老頂切頂卸壓沿空成巷力學(xué)模型圖三、關(guān)鍵技術(shù)及創(chuàng)新點工作面下一工作5—7天30天以上三、關(guān)鍵技術(shù)及創(chuàng)新點預(yù)裂切縫切頂卸壓沿空成巷數(shù)學(xué)力學(xué)模型恒阻錨索5—7天30天以上三、關(guān)鍵技術(shù)及創(chuàng)新點預(yù)裂切縫切頂卸壓沿三、關(guān)鍵技術(shù)及創(chuàng)新點沿空切頂模型沿空切頂成巷應(yīng)力雙峰模型巷旁單體支柱切落成巷幫

恒阻錨索三、關(guān)鍵技術(shù)及創(chuàng)新點沿空切頂模型沿空切頂成巷應(yīng)力雙峰模型巷旁三、關(guān)鍵技術(shù)及創(chuàng)新點沿空切頂支護阻力：5—7天其中：三、關(guān)鍵技術(shù)及創(chuàng)新點沿空切頂支護阻力：5—7天其中：煤巖T-P耦合瓦斯解析運移特性實驗裝置

2、研發(fā)了主動切頂卸壓沿空成巷試驗測試平臺

三、關(guān)鍵技術(shù)及創(chuàng)新點TP耦合氣化效應(yīng)實驗主機出氣管口高靈敏度微壓傳感器高靈敏度流量計量儀放氣口氣相色譜分析儀K2K1煤巖T-P耦合瓦斯解析運移特性實驗裝置2、研發(fā)了主動切頂卸三、關(guān)鍵技術(shù)及創(chuàng)新點切頂成巷物理力學(xué)模型試驗裝置

切頂成巷圍巖水理測試試驗裝置

模擬了不同煤巖參數(shù)條件下，最佳的主動切頂卸壓成巷技術(shù)指標(biāo)和操作工藝，提高了成巷的安全可行性。

三、關(guān)鍵技術(shù)及創(chuàng)新點切頂成巷物理力學(xué)模型試驗裝置切頂成巷圍

3、研發(fā)了沿空切頂雙向聚能爆破裝置及技術(shù)：發(fā)明了適用于煤礦切頂?shù)碾p向聚能爆破裝置，研發(fā)了沿空切頂雙向聚能控制爆破技術(shù)，解決了沿空巷道頂板預(yù)裂爆破時對圍巖破壞的技術(shù)難題。

三、關(guān)鍵技術(shù)及創(chuàng)新點

灰?guī)r聚能爆破效果花崗巖聚能爆破效果3、研發(fā)了沿空切頂雙向聚能爆破裝置及技術(shù)：發(fā)明沿空切頂成巷井下聚能爆破切縫預(yù)裂后切落塊體三、關(guān)鍵技術(shù)及創(chuàng)新點沿空切頂成巷井下聚能爆破切縫預(yù)裂后切落塊體三、關(guān)鍵技術(shù)及創(chuàng)新

4、研發(fā)了恒阻大變形錨索（桿）新型支護材料及技術(shù)

三、關(guān)鍵技術(shù)及創(chuàng)新點傳統(tǒng)錨桿（索）存在問題：延伸量低(<80mm)，無法適應(yīng)沿空巷道大變形及沖擊大變形，過早破斷失去承載力適合于切頂卸壓沿空成巷的支護材料——恒阻大變形錨索(桿)恒阻力達到120～130KN延伸量達到0.3～0.65m動態(tài)9820.5J沖擊能量，沖擊5次，錨索伸長量達1.0～1.2m仍能保持有效支護,可以充分適應(yīng)沿空巷道大變形及沖擊大變形對延伸量的要求，處于領(lǐng)先水平。恒阻大變形裝置錨索桿體錨索托盤恒阻大變形錨桿結(jié)構(gòu)設(shè)計示意圖4、研發(fā)了恒阻大變形錨索（桿）新型支護材料及技術(shù)三、關(guān)鍵

恒阻錨桿索靜力測試平臺恒阻錨桿索沖擊動力測試平臺控制臺主機系統(tǒng)三、關(guān)鍵技術(shù)及創(chuàng)新點恒阻錨桿索靜力測試平臺恒阻錨桿索沖擊動力測試平臺控制臺主機三、關(guān)鍵技術(shù)及創(chuàng)新點

5、研發(fā)了礦壓遠程實時監(jiān)測及預(yù)警系統(tǒng)現(xiàn)場監(jiān)測數(shù)據(jù)就地儲存發(fā)送到遠程工作室(礦井、北京試驗室)自動實時分析判斷隱患預(yù)警管理、現(xiàn)場、試驗室采取措施防止事故北京試驗室監(jiān)測中心白皎煤礦監(jiān)測中心三、關(guān)鍵技術(shù)及創(chuàng)新點5、研發(fā)了礦壓遠程實時監(jiān)測及預(yù)警系統(tǒng)北監(jiān)測參數(shù)：采集錨索荷載、頂板離層量、礦壓三、關(guān)鍵技術(shù)及創(chuàng)新點巷道圍巖穩(wěn)定應(yīng)力傳感器應(yīng)力信號儲存應(yīng)力信號發(fā)射離層巖體深部巖體相互作用應(yīng)力監(jiān)測應(yīng)力信號激發(fā)應(yīng)力信號接收應(yīng)力狀態(tài)穩(wěn)定應(yīng)力狀態(tài)不穩(wěn)定圍巖穩(wěn)定性判定及控制對策巷道工程情況應(yīng)力動態(tài)曲線應(yīng)力信號處理巷道圍巖分區(qū)巷道測點布置巖體應(yīng)力動態(tài)顯示應(yīng)力預(yù)警曲線室內(nèi)接收分析系統(tǒng)現(xiàn)場采集發(fā)射系統(tǒng)監(jiān)測參數(shù)：采集錨索荷載、頂板離層量、礦壓三、關(guān)鍵技術(shù)及創(chuàng)新5—7天三、關(guān)鍵技術(shù)及創(chuàng)新點錨索受力儀安裝

頂板離層儀安裝

井上監(jiān)測中心界面

遠程監(jiān)測中心界面5—7天三、關(guān)鍵技術(shù)及創(chuàng)新點錨索受力儀安裝頂板離層儀安裝6、研發(fā)了切頂卸壓沿空成巷工藝流程三、關(guān)鍵技術(shù)及創(chuàng)新點施工采面上下順槽→下順槽采空側(cè)超前加固錨索及頂板預(yù)裂爆破施工→動壓臨時加強支護及遠程實時監(jiān)測系統(tǒng)布設(shè)→工作面回采→高強沿空擋矸支護，采場頂板周期來壓自動切頂卸壓成巷→回收工作面后方礦壓穩(wěn)定區(qū)沿空成巷內(nèi)支護材料，并噴漿封閉采空區(qū)→第二個采煤工作面無煤柱開采。6、研發(fā)了切頂卸壓沿空成巷工藝流程三、關(guān)鍵技術(shù)及創(chuàng)新點切頂卸壓成巷無煤柱開采示意圖四、主要技術(shù)經(jīng)濟指標(biāo)及知識產(chǎn)權(quán)采空區(qū)第一工作面第二工作面下順槽上順槽上順槽下順槽

1、試驗區(qū)安全沿空成巷460米，并實現(xiàn)了第二個工作面的無煤柱開采。為世界首次實現(xiàn)自動成巷無煤柱開采?；夭擅簩忧许斝秹撼上餆o煤柱開采示意圖四、主要技術(shù)經(jīng)濟指標(biāo)及知識產(chǎn)權(quán)采工作面機巷后方切頂成巷斷面圖工作面后方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、主要技術(shù)經(jīng)濟指標(biāo)及知識產(chǎn)權(quán)工作面機巷后方切頂成巷斷面圖工作面后方150m工作面后方50第二工作面風(fēng)巷前方二次復(fù)用斷面圖工作面前方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、主要技術(shù)經(jīng)濟指標(biāo)及知識產(chǎn)權(quán)第二工作面風(fēng)巷前方二次復(fù)用斷面圖工作面前方30m工作面前方22、試驗區(qū)沿空成巷每米造價465.78元，僅為原傳統(tǒng)方法(每米造價3075元)的15%，相比節(jié)約85%，即2609元/米，共節(jié)約120萬元。3、與常規(guī)留煤柱開采相比：①.少掘一條460米的巷道及矸石運輸排放，節(jié)約182萬元。②.多回收10米寬的煤柱資源10626噸，增加產(chǎn)值441.6萬元。③.節(jié)約防突工程費312.8萬元。④節(jié)約巷道施工時間3個月，使第二個工作面提前3個月開采，多出煤86742t，直接效益867萬。共計1803.4萬元。4、安全威脅大幅降低，社會效益顯著。采用沿空成巷后，消除了常規(guī)留煤柱開采順槽巷道施工存在的煤與瓦斯突出等安全威脅。采用Y型通風(fēng)和底板網(wǎng)格強力抽采瓦斯技術(shù)，瓦斯威脅大幅降低。由于采用超前作業(yè)，避免了傳統(tǒng)沿空留巷需大量人員搬運材料設(shè)備，進入沿空留巷段長時間高強度施工作業(yè)的安全風(fēng)險，安全威脅和職工勞動強度大幅降低，采煤生產(chǎn)效率提高15%左右。取消了傳統(tǒng)高水充填護巷材料，減少了環(huán)境污染和能源消耗。四、主要技術(shù)經(jīng)濟指標(biāo)及知識產(chǎn)權(quán)2、試驗區(qū)沿空成巷每米造價465.78元，僅為原傳統(tǒng)方法(每四、主要技術(shù)經(jīng)濟指標(biāo)及知識產(chǎn)權(quán)