煤矿安全高产高效开采技术发展现状及方向

1、煤矿安全高效开采技术的发展现状及方向1第一页，共七十六页。报告提纲第一部分 十七大的精神和体会十七大的重大成果学习十七大的心得体会第二部分 煤矿安全高效开采技术的发展现状及 方向我国煤炭工业重要性我国煤炭工业技术发展的重大成就我国安全技术发展中的问题和方向无煤柱开采技术体系的现状和方向(瓦斯、冲击地压事故控制) 2第二页，共七十六页。一 、 十七大的重大成果 从思想和路线的高度，深刻地总结了改革开放30年的伟大成就和经验： 1.必须坚持“科学技术是第一生产力”的观念，坚定不移的实施科技兴国战略； 2.必须坚持“人力资源是第一资源”的观念，坚定不移的实施“人才强国战略”； 3.必须坚持解放思想、

2、实事求是，弘扬敢为人先、敢冒风险、自力更生、团结奋斗的精神；坚定不移的推进思想理论、文化、科学技术的创新，不断提高自主创新能力； 4.必须坚持“以经济建设为中心”和开放、改革“两个基本点，坚定不移的走“中国特色社会主义”的发展道路。第一部分 十七大的精神和体会3第三页，共七十六页。二、学习十七大的心得体会 1、发展的指导思想和道路问题 要坚持毛泽东思想、邓小平理论和三个代表思想的指导，发扬党深入群众、理论联系实际、实事求是的光荣传统，解放思想、深化改革、扩大开放，坚定不移地走中国特色社会主义的发展道路。 实践证明，正是毛泽东思想的指导，使我们取得了建立新中国的伟大胜利；也正是邓小平同志在继承和

3、发展毛泽东思想的基础上，拨乱反正，纠正了毛主席晚年“左”的错误（特别是文化大革命中“左”的错误），建立起来的理论邓小平理论，使我们取得了改革开放30年社会主义建设的伟大成就。 毛泽东思想和邓小平理论的核心和灵魂就是坚持把社会实践作为检验真理的唯一标准，解放思想，实事求是。坚持发展是硬道理。 4第四页，共七十六页。 2、 发展的目标和策略问题 要坚决贯彻实施科教兴国、人才强国、以法治国和以德立国“四国方略”（即治国方针战略体系），提高自主创新能力，建设创新型国家，为建成全民共享小康社会的目标而奋斗。 3、 科学的发展观问题 要坚持以人为本，精神文明和物质文明建设同步,自然科学与社会科学并重，科学

4、理论、科学实验和生产实践紧密结合，科学发现（发明）、技术创新和工程建设实践融为一体，协调可持续发展的科学发展观。义无反顾地立下发展之志，努力做到科学、时效、可持续发展。 5第五页，共七十六页。 4、 关于加强精神文明建设和民主体制建设问题 要加强社会主义精神文明建设和民主体制建设，包括弘扬生存为民、发展靠民、成就共享和执政为民、行政靠民、成果富民的理想、道德和价值观；要健全社会主义民主体制（包括共产党领导的多党联合、全民参政议政的政体，社会主义的市场经济管理体制和干部的培养、选拔、监督、管理体制）和运行机制，以及切实把弘扬无私奉献的精神与落实识产权和做出的贡献紧密结合的激励机制与分配政策。以此

5、为基础把中华民族动员起来，迎接靠知识和智力 占领市场的“知识经济”时代和竞争全球化的挑战，为创新型国家的建设做出贡献。 6第六页，共七十六页。一 、我国煤炭工业重要性2004年，煤炭在中国一次能源生产和消费结构中的比重分别占75.6%和67.7%；我国煤炭产量由2001年的13.81亿t增长到2008年的27.16亿t，年均增加2.02亿t，保证了经济和社会发展的需要，是国民经济发展和国力保障的重要基础。煤矿安全高效开采技术的发展现状及方向7第七页，共七十六页。19992008年全国煤炭产量8第八页，共七十六页。2008年我国煤炭产量的构成1乡镇煤矿；2国有重点煤矿；3国有地方煤矿9第九页，共

6、七十六页。二 、我国煤炭工业科学技术发展的重大成就1.煤炭安全高效开采技术发展成就(1)综合机械化技术取得重大突破。产量、效益、安全生产状况进入国际领先水平机采高度突破6m成功的制造和使用了世界最高的液压支架 （6.2m支架成功的在神东、晋城等矿区使用，年产量超过1000万t）神东矿区工作面最大长度达到400m，年产超过1200万t，全员效率达到140t是美国、澳大利亚等发达采煤国家的1.5到2倍10第十页，共七十六页。(2)综采放顶煤安全高效开采技术和装备已形成体系，继续处于国际领先地位山西同煤集团塔山矿综采放顶煤的厚度突破20m（机采高度正向5m突破，可以满足1：3的采放比的控制目标）。采

7、用了每小时3000t的放煤运输机，实现了工作面高速推 进，年产突破1000万t的水平。随着放煤运输机能力的提高和新型放顶煤支架研制和使用的成功，使工作面长300m，年产突破1500万t的目标即将实现。保证防止瓦斯、顶板、火灾等重大事故的安全开采的理论和技术体系（新型巷道布置系统、瓦斯抽排技术装备、工作面和巷道顶板控制技术和装备等）11第十一页，共七十六页。(3)“淮煤集团”成功开发的煤与瓦斯无煤柱同采成套技术实现了 瓦斯、冲击地压、煤与瓦斯突出以及火灾等重大事故一体化控制的新突破，相关技术包括：回采工作面高效综采综放开采技术。机械化巷旁充填锚网支护高效无煤柱留巷技术。回采工作面前、后方瓦斯同时

8、抽排和通风系统一体化技术。(4) “龙煤集团”2000m海域海下三软煤层综放开采技术取得成功，相关技术包括：“三软煤层”高效综放开采技术。“三软煤层” 煤岩巷道支护技术。海下透水等重大事故预测和控制技术海下安全和生产装备地面集中遥测、遥控自动化技术12第十二页，共七十六页。2.煤化工技术取得重大的突破(1)煤的液化技术取得了突破（神华集团已经进入工业化生产的阶段）(2)煤化工技术和产品（甲醇、乙烯、乙二醇、二甲醚、醋酸等）将和我国的石油化工技术和产品成为我国化工市场的主力，取得在世界上有影响的地位3.煤炭开采的环境控制技术取得了重要成就(1)开采沉陷控制技术取得了实用性突破（井下矸石充填的技术

9、和装备 ），正在大面积推广应用中。(2)开采伴生的废弃物再利用技术（凝石技术）取得了重要突破，已成功的进入使用阶段。4.循环经济的示范区在各大矿区取得了实践成果13第十三页，共七十六页。三 、我国安全技术发展中的问题 我国煤矿产业化集中程度低、生产力水平落后截止2008年底，全国已取得煤矿安全生产许可证的煤矿总数14000余处。煤矿在27个省（市、自治区）1264个市县均有分布，占县级行政区划的44.2%。我国煤矿以井工开采为主，矿井规模小。露天矿产能不到5%；设计能力30万t/a以上的大中型矿井数量仅占3.1%。截止2008年底，全国累计停产整顿煤矿12990处，公告关闭经整顿仍达不到安全条

10、件的矿井5243处，取缔非法采煤。14第十四页，共七十六页。 围绕数以万计的产业化集中程度低、生产技术装备水平落后的煤矿，如何对其进行改造，是我们必须研究并且急需尽快解决的重要问题。15第十五页，共七十六页。我国百万t死亡人数是美国等先进采煤国家的50100倍我国煤矿事故现状分析16第十六页，共七十六页。1986-1995年全国煤矿死亡事故按事故性质统计所占比例17第十七页，共七十六页。2001年2001年全国煤矿死亡事故按事故性质统计所占比例18第十八页，共七十六页。2005年2005年全国煤矿死亡事故按事故性质统计所占比例19第十九页，共七十六页。20032008年我国煤矿事故类型分布统计

11、图事故比重分析随煤矿开采深度的增加，顶板、冲击地压、瓦斯煤层突出、突水等与矿山压力和岩层运动破坏相关事故隐患强化。20第二十页，共七十六页。结 论顶板事故（与采掘工作面装备水平紧紧相连）仍占绝对比重瓦斯事故是煤矿安全的“第一杀手”特大事故、特别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人以上特别重大事故中，瓦斯事故占83%建国以来全国煤矿共发生死亡百人以上事故22起，其中瓦斯煤尘事故20起，事故起数和死亡人数分别占91%和94%。21第二十一页，共七十六页。小煤矿是灾害事故多发的重灾区2005年乡镇煤矿死亡人数占全国总数的73.83

12、%；百万吨死亡率是国有重点煤矿的5.8倍。煤矿安全生产发展不平衡，区域性差异明显西南等煤矿地质条件较差的矿区百万吨死亡率仍在两位数；神东、兖州等矿区百万吨死亡率很低，达到世界先进水平。22第二十二页，共七十六页。无煤柱开采体系发展的现状和方向一、无煤柱开采的意义1、解决护巷煤柱损失，提高煤炭资源回收率2、根除原煤柱护巷开采方案，巷道掘进期间和生产（维护）易发的重大事故包括：(1)在原始构造应力和采动应力场的高应力区掘进巷道易（引）发的冲击地压事故；（2）在原始构造应力和采动应力场的高应力区掘进巷道易（引）发的煤柱瓦斯、煤层突出和瓦斯爆炸事故；（3）预留护巷煤柱受力破坏过程中造成的老塘透风引发的

13、瓦斯和火灾等事故（包括巷道煤柱自燃区和老塘自燃发火区）23第二十三页，共七十六页。3、解决在构造应力场和采动应力场的高应力区中掘巷和维护巷道易发生的顶板事故和采用“高强支护”的成本问题 24第二十四页，共七十六页。无煤柱开采U型通风系统沿空送巷Y型通风系统沿空留巷三、无煤柱开采的两种方案二、无煤柱开采存在的问题（急需突破的两个问题）1、巷道支护技术问题（包括巷旁充填技术、已破坏围岩锚固技术及顶板控制技术的创新和突破）2、老塘透风问题采用巷旁充填防止老塘透风的问题（包括防止巷旁充填材料的破坏设计的理论和技术以及采用可塑性封堵老塘技术的创新和突破）25第二十五页，共七十六页。围岩变形量预计26第二

14、十六页，共七十六页。 如果K=KA（KA为岩石碎胀系数），则上式为岩梁弯曲下沉和显著运动过程中的巷道变形量u2，即： 围岩变形量预计27第二十七页，共七十六页。同理，压实矸石过程中的巷道变形u3为： C:充填带中线与岩梁端部裂断线间的水平距离，m L:岩梁悬跨度（端部裂断线到触矸点间的水平距离），m KA:岩石碎胀系数，1.301.35 mz:直接顶厚度，m Kc :矸石压实后的残余碎胀系数，1.001.05 围岩变形量预计28第二十八页，共七十六页。 受顶板活动影响造成的总变形量u23： 围岩变形量预计U23h29第二十九页，共七十六页。预留变形量巷旁充填技术充填体留巷30第三十页，共七十六

15、页。回风大巷采空区运输顺槽兼做下一个工作面的轨道顺槽轨道顺槽车场采空区充填采空区充填沿空留巷工作面顶板控制，采空区瓦斯，采空区自燃，地表减沉31第三十一页，共七十六页。似膏体采空区充填32第三十二页，共七十六页。2a(3-5)a2a(3-5)a地应力测试33第三十三页，共七十六页。巷道围岩应力分析数值计算34第三十四页，共七十六页。巷道支护设计悬吊机制 组合梁机制 三铰拱机制 能量理论 组合拱机制 经验公式 桁架锚杆按裂隙梁设计 松动圈锚喷支护设计方法普氏免压拱理论35第三十五页，共七十六页。巷道支护设计普氏免压拱理论 顶板最大松动范围：36第三十六页，共七十六页。高强让压锚杆 适应软岩巷道大

16、变形特点 37第三十七页，共七十六页。1注液口，2端锚螺母，3托盘，4锚杆体，5膨胀体，6保护体，7固定套筒，8端锚装置注液锚杆 38第三十八页，共七十六页。树脂端锚螺纹锁紧中空注浆强力锚索39第三十九页，共七十六页。树脂端锚螺纹锁紧中空注浆强力锚索 中空注浆锚索压注的水泥浆液能够渗透到杆体周围较大范围的煤岩体中，对出现松动的煤岩体产生粘结固化作用，从而显著改善其整体性，提高巷帮对顶板的支撑能力，进而提高巷道的整体稳定性。与普通锚杆支护相比，由于锚注支护既注浆加固了围岩，又给锚索提供了可靠的着力基础，使围岩承载能力得到显著提高，既能有效地提高围岩的自身强度又能改善支护体的支护特性，使得巷道变形

17、量明显降低，是一种非常好的主动支护形式，可以较好的解决沿空送（留）巷的巷道支护问题。40第四十页，共七十六页。沿空留巷技术装备及工艺液压支架模板1.矸石粉碎设备2.搅拌设备3.混凝土输送泵4.充填模板及支架5.输送管道6.混凝土长距离运输设备7.给料设备等充填泵41第四十一页，共七十六页。巷旁充填材料高水材料石膏采空区矸石高性能混凝土凝石技术泵 送 早 强高 强廉 价42第四十二页，共七十六页。巷旁充填材料高性能混凝土在普通砂石混凝土的基础上添加各种其它材料及外加剂，以改善混凝土的各类特性、大幅提高强度、控制混凝土的凝固时间等。 采用煤矿矸石作为基础材料，添加各种添加剂，也可以作为充填材料43

18、第四十三页，共七十六页。巷旁充填材料凝石技术 以工业废渣为主要原料，加少量成岩剂制成，价格比水泥便宜，用它作为胶结充填材料，可降低充填成本。而且使用这种充填凝石(全砂土固结材料) 进行充填，所用的尾砂不用分级，它能把细粒级的尾砂及细泥一起固结，使充填成本进一步降低。44第四十四页，共七十六页。岩层动态监测(矿压观测)测工作面岩层动态监测研究工作面覆岩运动规律建立采场结构力学模型预计留巷的变形量设计充填高度设计风带高度设计卧底深度45第四十五页，共七十六页。测线1测线2测线3测线4测线5下顺第一组应力计第二组应力计1144223380m200m工作面岩层动态监测46第四十六页，共七十六页。KJ3

19、85在线式工作面岩层动态监测系统47第四十七页，共七十六页。离线式工作面岩层动态监测系统48第四十八页，共七十六页。YHY-60-ZK煤岩钻孔应力监测记录仪49第四十九页，共七十六页。井下岩层动态监测信息的智能可视化分析系统 软件，硬件在线监测离线监测手工监测支架阻力，活柱缩量端面距，片帮深度围岩移近量，离层，多点位移锚杆（索）阻力，测力锚杆煤体应力，动态仪瓦斯，co，风速，温度监测信息的智能分析，日报微震50第五十页，共七十六页。51第五十一页，共七十六页。52第五十二页，共七十六页。53第五十三页，共七十六页。沿空留巷围岩变形监测矸石沿空留巷围岩变形监测压力传感器54第五十四页，共七十六页

20、。采场结构模型组成及分类采场支架控制设计结构力学模型及支架工作参数的确定采场结构力学参数确定支架设计参数确定55第五十五页，共七十六页。模型采场组成及分类直接顶第一岩梁第二岩梁56第五十六页，共七十六页。 (1)有“内应力场”的结构力学模型a单岩梁老顶结构 b多岩梁老顶结构57第五十七页，共七十六页。 (2)无“内应力场”的结构力学模型a单岩梁老顶结构 b多岩梁老顶结构58第五十八页，共七十六页。采场结构参数确定(1) 直接顶厚度确定理论判定 实测推断59第五十九页，共七十六页。(2) 老顶厚度确定实测推断 单一岩梁和多岩梁上覆岩层结构组成情况及其采场矿压显现如图a、图b所示60第六十页，共七

21、十六页。理论判定 a.挠度法 相邻岩层同时运动（组成同一岩梁）则： 相邻岩层分别运动（构成不同岩梁）则： b.裂断步距法61第六十一页，共七十六页。 (1)支架支护强度工况方案 直接顶：给定载荷 老顶：可给定变形也可限定变形 控制准则 直接顶：给定载荷 老顶：对下位岩梁限定变形定载荷，上位岩梁给定变形定缩量 支架设计参数确定 控制目标 防止直接顶塌垮；防止支架被“压死” 控制方案确定 以防止坚硬岩梁动态冲击要求对下位岩梁限定变形定阻力、对上位岩梁给定变形定缩量62第六十二页，共七十六页。(2) 支架工作阻力(3) 支架缩量63第六十三页，共七十六页。大采高采场矿压显现及顶板控制设计面对的问题和

22、要点采高增大，垮冒的岩层（直接顶）厚度可能大幅度增加，直接顶中出现大跨度悬顶坚硬岩层的可能性（几率）增大。因此要求平衡（对抗）直接顶运动，特别是悬顶动压冲击所必需的支架阻抗力有可能大幅度增加。悬露直接顶64第六十四页，共七十六页。在直接顶厚度大幅度增加的条件下，影响采场矿压显现的“传递岩梁（老顶）”范围（包括数目和总厚度）相对减少，相关“岩梁”距采场的高度增大，裂断运动对采场动压冲击的可能性明显下降。大采高老顶距采场高度H2H1普通采高老顶距采场高度65第六十五页，共七十六页。直接顶下沉量当垮冒的岩层（直接顶）厚度较小，支架在“给定变形”工况条件下工作时，要求适应采场顶板下沉所必需的支架缩量将

23、随采高加大成比例的增加。要求支架缩量66第六十六页，共七十六页。搞清采场上覆岩层（顶板）结构组成，包括各岩层的厚度和岩性强度。针对采高正确地确定垮冒岩层厚度和出现悬顶的可能性，准确地确定悬顶位置、厚度及可能的最大悬跨度是大采高采场顶板控制设计及支架选型计算的关键。大采高顶板控制和支架选型计算的准则应该是： a.支架阻抗力满足支撑直接顶（特别是有悬顶）要求； b.缩量应满足67第六十七页，共七十六页。案例分析“给定变形”，缩量hA(1.1m)SA(2m)，支架被压死68第六十八页，共七十六页。直接顶运动的控制：给定载荷A=mzzfz大采高顶板控制设计模型及支架合理工况参数确定老顶岩梁控制支护强度

24、确定结构模型和参数设计 69第六十九页，共七十六页。根据平衡方程，对O点取矩：令lZ1=lk令RT=Alk lt=lk/2令lf=0令lf=lk令mz1=mz270第七十页，共七十六页。 (1)支架支护强度控制（对抗）直接顶的支架安全工况方案 a.全厚“给定载荷”方案 该工况方案条件下，支架阻力按平衡（对抗）直接顶裂断垮落时可能的最大作用力设计，杜绝直接顶板下沉和大跨度悬顶裂断跨落时的动压冲击。 b.悬顶“给定变形”方案 该工况方案条件下，支架阻抗力只需平衡直接顶大跨度悬顶下位垮落岩层的作用力。支架缩量足以适应悬顶老塘触矸时在控顶距处的采场最大顶板沉降值。 采场支架合理（安全）工况方案的选择

25、71第七十一页，共七十六页。 对抗老顶岩梁裂断来压的安全工况方案 a.“给定变形”工作方案 该方案在老顶裂断来压时的支架阻抗力足以平衡直接顶的作用力，缩量能够完全适应下位岩梁触矸（沉到底）时的采场顶板最大下沉值。 本方案最适合在下位岩梁厚度大、支承压力高峰深入煤壁前方，老顶呈现单岩梁结构特征的条件下采用 b.“限定变形”方案 该方案在对直接顶“给定载荷”的同时，把老顶下位岩梁单独裂断来压时的采场顶板下沉值控制到足以排除上位坚硬岩梁裂断来压时刻出现动击的可能性。该方案在下位岩梁强度低、上位岩梁强度高的多岩梁结构条件下使用。72第七十二页，共七十六页。 (1)控制准则 防止直接顶塌跨和老顶动压冲击，把采场顶板下沉量控制在支架缩量所允许的范围内（即保证支架不被“压死”） (2)力学保证条件 支架阻抗力必须平衡直接顶裂断来压时最大作用力和防止老顶来压动压冲击，相应的力学保证条件是：控制准则和力学保证条件 式中 PT支护强度，MPa;