[01708833]难动用储量煤炭开采及安全保障技术

1.任务来源：该成果为国家自然科学基金、国家973等项纵向课题及北京、新汶、兖州、枣庄等矿区多项课题联合资助完成的。2.应用领域和技术原理：该项目针对中国难动用储量煤层开采难度大、回采率低等现实，课题组采用理论分析、数值计算和现场试验研究为一体的方法，对矿井采空区上方残留煤层、倾角30～70度煤厚3～7m下的煤层、倾角0～30度—坚硬顶板—厚度变化大2～5m的煤层、倾角0～25度—坚硬顶板—煤厚2.9～3.5m左右等进行四种典型条件进行开采及安全保障技术进行系统研究。3.性能指标：经过近10年多的反复科学技术研究，该项目通过对矿井采空区上方残留煤层进行综合探测保障了安全开采；通过锚杆支护顶板远程控制耙运无人工作面开采技术，解决了倾角和厚度变化大(倾角0～30度、煤厚2～5m)条件下的开采难题；通过坚硬顶板一次采全高高柱开采技术，实现了倾角0～25度、煤厚2.9～3.5m条件下长壁开采，并有效地预防了冲击地压带来的危害；通过柔掩侧向放煤开采技术解决了倾角30～70度、煤厚3～7m煤炭开采的难题，发展了复杂煤层开采理论和技术，申报国家发明专利7项(3项授权、4项受理)，大幅度提高了回采率，并2003年～2009年，共多采出煤炭540万吨，新增产值24亿元，新增利税7.62亿元，增收节支总额8.69亿元。4.与国内外同类技术比较，该项目研究突破点为：(1)采用研制出自重水压钻探技术、底板离层实时监测系统，并以钻孔电视和数值模拟方法作为辅助手段，对临空底板岩层的破裂情况进行分析；(2)首次将覆岩划分为中等破裂区、轻微破裂区、严重破裂区和垮落区并综合探测确定上行开采的底板中部存在的轻微破裂区是一个关键承载层，其对保障底板不出现坍塌起到了重要作用，实现了近距离底部大范围不规则采空条件煤层的安全回收；(3)锚杆支护顶板远程控制耙运无人工作面开采技术，解决了倾角和厚度变化大(倾角0～30度、煤厚2～5m)条件下的开采难题，并突破传统耙运开采工艺，进一步保证安全和提高回采率17%左右；(4)坚硬顶板一次采全高高柱开采技术，解决了倾角0～25度、煤厚2.9～3.5m条件下长壁开采的难题，并有效地预防了冲击地压带来的危害，提高了回采率29%左右；(5)柔掩侧向放煤开采技术解决了倾角30～70度、煤厚3～7m煤炭开采的难题，并提高回采率30%左右。上述技术是传统开采技术所没有的。5.成果的创造性、先进性：(1)根据地质钻机钻探过程中自重水压的漏水损失量，通过现场观测及岩芯采取情况分析，将漏水流量分为0.001～0.005m<'3>/h、0～0.001m<'3>/h、大于0.005m<'3>/h三个范围，并按钻孔取芯率分为50%～80%、80%～100%、0～50%三种情况，综合分析确定了临空底板破坏程度应划分为中等破裂区、轻微破裂区、严重破裂区和垮区，其中轻微破裂区是保障安全开采的关键承载层；(2)研发离层实时监测系统对底板稳定性进行动态跟踪，监测表明，在开采过程中关键承载层位置未出现移动，整体处于稳定状态；而其他位置处则出现了不同幅度的离层；(3)提出了坚硬顶板不稳定煤层锚固顶板远程控制耙运无人工作面开采技术。对于坚硬顶板、倾角0～30度、厚度变化大2～5m的煤层，课题组在获准的国家发明专利技术(ZL00129360.5)“超前网格状锚固控制无人工作面开采新技术”基础上，通过上下顺槽滑轮组，实现了尾轮由尾轮与耙斗的远程控制移动，既避免了人为多次移动尾轮带来的安全隐患，又解决了丢三角煤问题；(4)系统研究了坚硬顶板缓倾斜2.9～3.5m煤厚单体高柱一次采全高技术。通过发明基于采空区顶板离层遥测预报顶板冒落技术(国家发明专利已授权：200610043657.1)，在该技术支持基础上，对于坚硬顶板条件、煤厚2.9～3.5m左右的煤层，通过定量控制设计实现单体高柱一次采全高，既保证了安全，又提高了回采率。6.作用意义：中国地质构造复杂或极其复杂的煤矿占36%左右，中国煤炭资源平均回收率为30%～35%左右，按未来20年煤炭产量与资源回收率测算，如果资源回收率从30%～35%提高到50%，可节约煤炭储量300亿吨左右。因此，该课题从难动用储量煤层开采技术研究出发，在保障安全的前提下，提高煤炭资源回收率对有效解决当前煤炭资源储量不足的问题及冲击地压防治灾害等防治问题等具有重大意义。7.推广应用的范围、条件和前景：该项目对一些储量不足的老矿区或矿井，利用已有井巷和设备开采残留煤炭资源，延长矿区或矿井的寿命，有着重要的现实意义，具有广泛的应用前景。8.存在的问题和改进意见：该成果需要进一步加大推广应用的力度。