[00760207]深部矿井锚注切顶自成巷关键技术及应用
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面议
所属行业:
煤炭开采冶炼
类型:
非专利
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资料待完善
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技术详细介绍
煤炭是中国的主体能源,2020年其消费量占能源消费总量的56.7%,具有能源安全的“压舱石”作用。中国煤矿生产普遍以传统长壁开采沿空掘巷方法为主,即每回采1个工作面,提前掘进2条回采巷道,留设1个区段煤柱。随着浅部煤炭资源枯竭,煤矿开采向深部发展,全国千米深矿井共45处,其中山东省有21处。深部矿井面临着高应力、强采动等复杂地质条件,传统长壁开采沿空掘巷方法存在以下问题:①深井煤炭开采过程中伴随着巨大的矿山压力,导致巷道围岩破碎、留设煤柱处应力集中,易造成支护构件失效、围岩大变形,引起冒顶等灾害事故。②护巷煤柱无法回收,煤炭资源浪费严重,据统计,中国每年因留设煤柱造成的资源损失高达4亿吨左右。③回采巷道掘进量巨大,中国每年回采巷道掘进13000km,超过地球直径;大量掘进导致采掘失衡,且煤矿事故大多发生在回采巷道掘进过程中。因此,如何既能降低围岩应力,保证巷道稳定,又能取消煤柱留设,减少巷道掘进,是实现深部矿井安全高效开采需要解决的核心难题。
该项目联合科研、设计、施工等17家单位和百余名科研技术人员,历经11年科研攻关和工程实践,创建了深部矿井锚注切顶自成巷开采方法,揭示了深井自成巷控制机理,形成了成套设计理论、技术装备与施工工艺体系。主要科技创新如下:
1、提出了深部矿井“两利用、两取消”开采理念,创建了深井锚注切顶自成巷开采方法,建立了巷道顶板围岩随钻综合分区与评价方法,研发了切顶自成巷大型三维模型试验系统,揭示了深井高强锚注-切顶卸压无煤柱自成巷控制机理。
2、研发了顶板高预应力支护技术、顶板定向预裂切缝技术、矸石巷帮挡矸封闭技术三类六项锚注切顶自成巷成套关键技术,明确了新型支护、切缝和封闭材料的力学特性,形成了深部矿井锚注切顶自成巷“控顶-切缝-护帮”核心技术体系。
3、建立了基于强度-能量综合判据的深部矿井锚注切顶自成巷设计方法,研发了高预应力锚索钻机、高效顶板切缝钻机、高强切顶护帮支架与巷帮封堵喷涂装备,形成了“采、锚、注、切、支、护、封”采煤成巷一体化、自动化工艺体系。
该项目研究成果获得国家发明专利与软件著作权23项,发表SCI/EI收录论文43篇,出版中、英文专著4部,获得矿用产品安全标志证书12项。项目成果通过了由中国工程院顾金才院士为组长的专家组科技成果评价,评价意见为:项目研究促进了煤炭开采理论与行业技术进步,整体成果达到国际领先水平。
项目研究成果在全国最大采深矿井-孙村煤矿、千米深井-华丰煤矿等山东省典型深部矿井中成功应用,并推广应用到陕西、山西、安徽、新疆、内蒙古等主要矿区,实现了矿山压力利用、顶板实时分区、围岩稳定控制、护巷煤柱取消、巷道掘进减少等科学目标,降低了煤矿灾害发生风险,取得了显著的经济和社会效益。
煤炭是中国的主体能源,2020年其消费量占能源消费总量的56.7%,具有能源安全的“压舱石”作用。中国煤矿生产普遍以传统长壁开采沿空掘巷方法为主,即每回采1个工作面,提前掘进2条回采巷道,留设1个区段煤柱。随着浅部煤炭资源枯竭,煤矿开采向深部发展,全国千米深矿井共45处,其中山东省有21处。深部矿井面临着高应力、强采动等复杂地质条件,传统长壁开采沿空掘巷方法存在以下问题:①深井煤炭开采过程中伴随着巨大的矿山压力,导致巷道围岩破碎、留设煤柱处应力集中,易造成支护构件失效、围岩大变形,引起冒顶等灾害事故。②护巷煤柱无法回收,煤炭资源浪费严重,据统计,中国每年因留设煤柱造成的资源损失高达4亿吨左右。③回采巷道掘进量巨大,中国每年回采巷道掘进13000km,超过地球直径;大量掘进导致采掘失衡,且煤矿事故大多发生在回采巷道掘进过程中。因此,如何既能降低围岩应力,保证巷道稳定,又能取消煤柱留设,减少巷道掘进,是实现深部矿井安全高效开采需要解决的核心难题。
该项目联合科研、设计、施工等17家单位和百余名科研技术人员,历经11年科研攻关和工程实践,创建了深部矿井锚注切顶自成巷开采方法,揭示了深井自成巷控制机理,形成了成套设计理论、技术装备与施工工艺体系。主要科技创新如下:
1、提出了深部矿井“两利用、两取消”开采理念,创建了深井锚注切顶自成巷开采方法,建立了巷道顶板围岩随钻综合分区与评价方法,研发了切顶自成巷大型三维模型试验系统,揭示了深井高强锚注-切顶卸压无煤柱自成巷控制机理。
2、研发了顶板高预应力支护技术、顶板定向预裂切缝技术、矸石巷帮挡矸封闭技术三类六项锚注切顶自成巷成套关键技术,明确了新型支护、切缝和封闭材料的力学特性,形成了深部矿井锚注切顶自成巷“控顶-切缝-护帮”核心技术体系。
3、建立了基于强度-能量综合判据的深部矿井锚注切顶自成巷设计方法,研发了高预应力锚索钻机、高效顶板切缝钻机、高强切顶护帮支架与巷帮封堵喷涂装备,形成了“采、锚、注、切、支、护、封”采煤成巷一体化、自动化工艺体系。
该项目研究成果获得国家发明专利与软件著作权23项,发表SCI/EI收录论文43篇,出版中、英文专著4部,获得矿用产品安全标志证书12项。项目成果通过了由中国工程院顾金才院士为组长的专家组科技成果评价,评价意见为:项目研究促进了煤炭开采理论与行业技术进步,整体成果达到国际领先水平。
项目研究成果在全国最大采深矿井-孙村煤矿、千米深井-华丰煤矿等山东省典型深部矿井中成功应用,并推广应用到陕西、山西、安徽、新疆、内蒙古等主要矿区,实现了矿山压力利用、顶板实时分区、围岩稳定控制、护巷煤柱取消、巷道掘进减少等科学目标,降低了煤矿灾害发生风险,取得了显著的经济和社会效益。