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国家科技进步奖答辩汇报 汇 报 提 纲 一、立项背景与总体思路 二、主要技术内容及创新点 三、技术经济指标与知识产权 四、应用效益与促进行业进步 国家科技进步奖答辩汇报 一、立项背景与总体思路 （一）煤炭开采中的资源与环境问题 （二）解决相关问题的总体思路 （三）项目实施总体技术框架 国家科技进步奖答辩汇报 v 煤矸石的露天排放问题 我国现有矸石山1600余 座，堆积量超过45亿t，占 地超过15000 hm2。目前每 年产矸量超过2.5亿t。 （一）煤炭开采中的资源与环境问题 矸石山除了占用大量的 土地资源外，还会严重污染 空气和地下水，甚至存在爆 炸危险。 国家科技进步奖答辩汇报 v “三下”压煤问题 我国的煤炭资源回 收率仅为40%左右，“ 三下”（村庄下、道路 下、水体下）压煤是其 重要根源。 （一）煤炭开采中的资源与环境问题 新汶矿区“三下”压 煤高达2.67亿吨，占可 采储量的70%多。 国家科技进步奖答辩汇报 （二）解决相关问题的总体思路 解决问题的 总体思路 技 术 措 施 矸石直接充填置 换“三下”压煤 循环利用矿区废弃物 保护矿区土地与环境 回收“三下”压煤资源 实 施 目 标 存在问题传统办法实 际 效 果 煤矸石的排放 露天排放占用土地、污染环境、爆炸 制砖等用量少、产品质量、环保等问题 “三下”压煤 迁村开采吨煤增加成本50元左右，历史与文化问题 条带开采采出率50% 传统充填开采没有实现规模化推广应用 国家科技进步奖答辩汇报 （三）项目实施总体技术框架 矸石直接充填置换“三下”压煤总体技术框架 国家科技进步奖答辩汇报 二、主要技术内容及创新点 （一）矸石充填开采岩层控制理论 （二）矸石充填开采技术开发及应用 （三）井下煤矸分离技术开发及应用 （四）主要技术创新点 国家科技进步奖答辩汇报 （一）矸石充填开采岩层控制理论 v 项目研究的难点之一 建立矸石充填开采岩层控制理论 岩层移动控制目标充填技术控制目标 绝对不移动充入与开采等量的矸石 控制移动量 建筑物损伤破坏：搬迁 建筑物局部损伤：修补 建筑物微小损伤：无需修补 1. 不同矸石充填量对应的地表变形值 2. 同一矸石充填量对应的地表最大变形值 理论上 需解决 的问题 国家科技进步奖答辩汇报 充填开采 顶板下沉 等价采高 顶板下沉 充填开采 v 矸石充填开采等价采高的概念 （一）矸石充填开采岩层控制理论 v 矸石充填开采岩层移动控制稳定性判据 Hmax建筑物变形能承受的最大允许采高。 等价采高 国家科技进步奖答辩汇报 v 矸石的松散与压实性能 自制实验系统 矸石碎胀系数与压应力 矸石孔隙率与压应力 （一）矸石充填开采岩层控制理论 国家科技进步奖答辩汇报 v 矸石充填开采支架工作载荷计算公式 pz充填开采支架载荷； p全高开采支架载荷。 相似材料模拟系统 （一）矸石充填开采岩层控制理论 国家科技进步奖答辩汇报 v 矸石充填开采等价采高Hz的理论计算公式 H实际采高； hz充填体空顶距（充实率控制参数）； k 初始压实系数（压实率控制参数）； 残余压实系数。 矸石充填开采的 技术控制指标 充实率 hz 压实率 k （一）矸石充填开采岩层控制理论 国家科技进步奖答辩汇报 （二）矸石充填开采技术开发及应用 技 术 障 碍传 统 办 法 开采工作面不断移动 采空区顶板随采随垮 开采面与采空区隔离 水砂充填水流为动力 风力充填风流为动力 膏体充填流体为动力 1. 拆除开采工作面与采空区之间的隔离屏障 2. 用同一支护系统掩护采煤与充填并行作业 3. 用矸石重力为充填主要动力，加辅助压实力 创新 与 发明 v 项目研究的难点之二 矸石充入采空区的空间、通道与动力 国家科技进步奖答辩汇报 （二）矸石充填开采技术开发及应用 v 发明综采矸石充填技术 工作面 采空区 传统综采液压支架 掩护斜梁 工作面 采空区 综采矸石充填液压支架 水平短梁 国家科技进步奖答辩汇报 v 综采矸石充填原理 （二）矸石充填开采技术开发及应用 矸石充填运输机充填工艺 国家科技进步奖答辩汇报 v 综采矸石充填压实原理 （二）矸石充填开采技术开发及应用 综采矸石充填压实系统工作原理 国家科技进步奖答辩汇报 v 综采矸石充填工作面井下工况 （二）矸石充填开采技术开发及应用 前部采煤 后部充填 国家科技进步奖答辩汇报 普采与充填支护系统 （二）矸石充填开采技术开发及应用 v 发明普采矸石充填技术 普采与充填工作面布置 普采与充填支护系统 充 填 系 统 普采与充填工作面布置 普采矸石充填高速动力抛矸机 充 填 面 开 采 面 国家科技进步奖答辩汇报 v 应用效果实例一 比较项较项 目 全高开采预计预计 采高2.1m 综综采充填预预 计计 等价采高0.6m 综综采充填实实 测测 最大下沉量/mm1580420380 最大水平变形/mm/m3.20.80.5 建筑物破坏等级 新汶翟镇矿村镇下综采充填地表移动预计与实测 l 平均采深500m l 实际采高2.1m l 等价采高0.7m l 采出率85% （二）矸石充填开采技术开发及应用 综采矸石充填地表下沉曲线对比图 全高开采预计预计 采高2.1m 1580 3.2 综综采充填预预 计计 等价采高0.6m 420 0.8 综综采充填实实 测测 380 0.5 国家科技进步奖答辩汇报 v 应用效果实例二 比较项较项 目 全高开采预计预计 采高1.8m 普采充填预计预计 等价采高0.4m 普采充填实测实测 最大下沉量/mm1365280257 最大水平变形/mm/m3.00.60.3 建筑物破坏等级 （二）矸石充填开采技术开发及应用 普采矸石充填地表下沉曲线对比图 新汶盛泉矿工广下普采充填地表移动预计与实测 l平均采深450m l 采高1.8m l 等价采高0.4m l 工作面采出率85% 全高开采预计预计 采高1.8m 1365 3.0 普采充填预计预计 等价采高0.4m 280 0.6 普采充填实测实测 257 0.3 国家科技进步奖答辩汇报 v 应用效果实例三 比较项较项 目 全高巷采预计预计 采高4.5m 巷采充填预计预计 等价采高0.6m 巷采充填实测实测 最大下沉量/mm166032065 最大水平变形/mm/m2.50.50.1 建筑物破坏等级 （二）矸石充填开采技术开发及应用 巷采矸石充填地表下沉曲线对比图 金能邢东矿工广下巷采充填地表移动预计与实测 l 平均采深 420m l 采高4.5m l 等价采高0.6m 巷采充填预计预计 等价采高0.6m 320 0.5 巷采充填实测实测 65 0.1 全高巷采预计预计 采高4.5m 1365 3.0 国家科技进步奖答辩汇报 （三）井下煤矸分离技术开发及应用 v 井下煤矸分离方法 煤矸分选原理与工艺流程图 50mm煤矸分选系统设备布置示意图 国家科技进步奖答辩汇报 （四）主要技术创新点 1、核心技术创新点 （1）发明了矸石直接充填置换煤的方法、工艺、与装备， 包括：综采矸石充填、普采矸石充填和巷采矸石充填的技术与 工艺，以及矸石充填液压支架、充填运输机和高速动力抛矸机 等关键设备。 旁证材料：受理发明专利：200610068527.3，200410096583.9；授权实 用新型专利：ZL200520083542.6，ZL200420116205.8，ZL200720018798.8， ZL200720018924.X，ZL200720003335.4，ZL200620086347.3；论文：“矸石 充填采煤工艺及配套设备研究” 等3篇。 （2）建立了矸石直接充填置换煤的岩层控制理论，为充填 开采设计和地表沉陷控制等提供了科学依据。 旁证材料：授权发明专利：ZL200510039249.4；授权实用新型专利： ZL200520071472.2；论文：“矸石充填采煤中的矿压显现规律分析”。 国家科技进步奖答辩汇报 2、其他重要技术创新点 （3）成功开发出了井下煤矸分选设备与系统，实现了 煤流矸石不出井而直接置换煤的目标。 旁证材料：受理发明专利：200710022602.7；论文：“旋转冲击式 井下煤矸分离可行性研究” 等2篇。 （四）主要技术创新点 （4）将综采、普采、巷采矸石充填置换煤技术成功用 于安全、高效、高采出率回收“三下”压煤和各类煤柱。 旁证材料：受理发明专利：200610097593.3、200610097687.0； 论文：“建筑物下条带开采煤柱矸石置换开采的研究”。 国家科技进步奖答辩汇报 三、技术经济指标与知识产权 （一）指标的先进性 （二）授权与受理专利 （三）获省部级奖励 国家科技进步奖答辩汇报 v 本项技术已经达到的指标 技术 名称 适 用 性 工作面 生产能 力(t/d) 采出率 (%) 地表移动 控制 创 新 性 综采充 填技术 适用于开采地质 条件较好，产量 要求高的矿井工 作面。 300085 三种充填 开采方式 都能将地 表变形控 制在建筑 物允许变 形值范围 内 三项技术都属国内 外首创 发明专利： 200610097593.3 ZL200510039249.4 200610068527.3 200610097687.0 200710022602.7 200410096583.9 普采充 填技术 适用于开采地质 条件较复杂，并 有一定产量要求 的矿井工作面。 100085 巷采充 填技术 适用于残采块段 和断层等边角煤 柱。 300 （一）指标的先进性 国家科技进步奖答辩汇报 v 与其他“三下”开采方式的比较 （一）指标的先进性 比较项目采出率(%)吨煤成本综合效益 矸石充填开采85 比迁村开采吨 煤低2030元 比条带开采吨 煤高2030元 一吨矸石置换 一吨煤 保护土地、环 境和资源 迁村开采85 条带开采 (房柱开采) 50 传统充填采煤 如水砂充填、膏体充填等，由于充填工艺复 杂，充填专用材料成本高和控制效果等原因 ，这些技术都没有实现规模化推广应用。 国家科技进步奖答辩汇报 v 井下煤矸分选技术 （一）指标的先进性 比较项较项 目成果及指标标与国内外比较较 井下煤矸 分选系统 研制了MGF-350 型井下煤矸分选机; 煤矸处理能力350t/h ；煤矸分离效率70% 左右。 国内外现有煤矸 分选设备因尺寸、 工艺和安全要求等 因素限制，很难适 用于井下。 国家科技进步奖答辩汇报 授权权与受理专专利名称专专利类别类别授权权或受理号 利用矸石置换村庄下压煤的开采方法发明专利200610097593.3 破碎岩体多相耦合蠕变试验方法及其装置发明专利ZL200510039249.4 矸石充填无煤柱开采工作面采空区的方法发明专利200610068527.3 建筑物下矸石置换条带煤柱的开采方法发明专利200610097687.0 矿井煤矸分离方法及装备发明专利200710022602.7 煤矿井下矸石处理方法发明专利200410096583.9 充填矸石液压支架实用新型专利ZL200520083542.6 煤矿井下高速矸石充填皮带机实用新型专利ZL200720018924.X 井下巷道矸石充填综合输送机实用新型专利ZL200420116205.8 煤矿井下双向悬梁式推车机实用新型专利ZL200720018798.8 破碎岩体多相耦合蠕变试验装置实用新型专利ZL200520071472.2 采场充填用防堵塞搅拌槽实用新型专利ZL200720003335.4 充填用胶带输送机实用新型专利ZL200620086347.3 （二）授权与受理专利 国家科技进步奖答辩汇报 （三）获省部级奖励 p “矸石置换煤关键技 术研究与应用”获 2007年度中国煤炭工 业协会科技进步一等 奖； p “煤矿井下矸石充填 技术与装备研究(巷采 充填)” 获2005年度中 国煤炭工业协会科技 进步二等奖。 国家科技进步奖答辩汇报 四、应用效益与促进行业科技进步 （一）应用和经济社会效益 （二）促进行业科技进步和竞争力 国家科技进步奖答辩汇报 （一）应用和经济社会效益 v 推广应用范围 新汶、金能、淄博、兖州、枣庄、平顶山、徐 州、霍州等矿区39个生产工作面。 v 推广应用前景 我国仅“三下”压煤就超过137亿吨，每年产矸量 超过2.5