中国煤炭科工集团有限公司等15家单位共同完成项目获国家科技进步一等奖

<正>由中国煤炭科工集团有限公司、大同煤矿集团有限责任公司等15家单位共同完成的"特厚煤层大采高综放开采关键技术及装备"科技成果获国家科技进步一等奖。项目针对我国14m以上特厚煤层资源丰富,但国内外尚无安全、高效开采方法的问题,开发出6项关键技术,创立了3项新理论,取得了4项创新性研究成果:一是发明了14~20m特厚煤层大采高综放开采技术,创立了大采高综放开采围     

特厚煤层智能化综放开采理论与关键技术架构

综放开采方法是我国特厚煤层矿区实现高产高效的主要技术途径,智能化综放开采是未来综放开采技术发展的重要方向。在分析千万吨级特厚煤层智能化综放开采技术和问题的基础上,围绕安全、高效、智能这一主题,综合考虑特厚煤层顶煤体和上覆岩层的相互作用,以掌握特厚顶煤冒放理论,实现综放工作面放煤智能化,降低含矸率、提高顶煤采出率为主导,提出要解决的关键科学问题和技术构想。针对综放开采存在的煤矸智能识别、智能放煤控制、“采-支-放-运”系统智能协调等主要难题,凝练出特厚煤层智能综放开采大尺度顶煤体破碎与冒放机理,特厚煤层智能化采放协调控制机理与方法,特厚煤层智能综放开采群组放煤过程控制原理三大科学问题。攻克特厚煤层群组协同智能放煤工艺决策技术,特厚煤层顶煤厚度与放煤量实时监测技术,冲击振动和高光谱融合的煤矸识别技术,多模式融合的智能化放煤装备及控制技术,综放工作面“采-支-放-运”系统智能协调控制技术五项关键技术。突破特厚煤层智能化综放开采技术与装备瓶颈,研发煤矸识别装置、开发智能放煤控制系统及软件,解决采放协调、煤矸识别、群组放煤等难题,创建年产1 500万t智能化综放开采示范工程。最终实现特厚煤层智能化综放开采,为我国特厚煤层的安全、高效开发提供可靠的技术支撑。     

塔山矿特厚煤层综放开采的实践及展望

塔山矿特厚煤层综放开采实践已完成5个工作面,通过在实践中不断摸索,基本解决了松软破碎大断面煤层巷道支护、端面破碎顶煤控制、工作面压架防治、支架适应性等几大难题.开采实践表明,塔山矿在特厚煤层采用综放开采技术是成功的.对塔山矿特厚煤层综放开采的未来发展进行了展望.     

综放开采在大倾角坚硬易燃特厚煤层中的应用

介绍了东峡煤矿在大倾角坚硬易燃特厚煤层的综放开采过程中，在防止支架倒架、咬架和“三机”下滑上窜的有效方法，较好的解决了制约大倾角易燃特厚煤层综放开采的有关技术。     

特厚煤层智能安全高效两柱放顶煤液压支架关键技术研究

为解决我国西部矿区顶板坚硬、强矿压条件下20 m以上特厚煤层开采缺乏成套技术与装备的难题,提出了特厚煤层大采高综放顶板控制技术和回采工艺,研制了ZFY18000/28/53D型两柱式超强力大采高放顶煤液压支架,基于支架位姿检测装置开发了特厚煤层自动化放煤控制系统,配套1 m大截深采煤机和大运量刮板输送机,形成千万吨级智能化综放工作面成套技术装备。在龙王沟煤矿18～28 m特厚煤层开展工业性试验,产量达到4万t/d,回收率达到88%以上,为西部矿区特厚煤层安全高效开采提供了有效解决方案。     

大运量长距离顺槽带式输送机的研发与工业性试验

"大运量长距离顺槽带式输送机研发"是国家科技部"十一五"科技支撑计划项目"特厚煤层大采高综放开采成套技术与装备研发"中的项目之一,项目研制的DSJ140/350/3×500带式输送机在同煤集团大唐塔山煤矿井下工业性试验期间,运行平稳可靠,在结构、强度、可靠性、维护性等方面都达到了配套和设计要求,满足了特厚煤层大采高综放工作面开采的需求。     

大倾角煤层安全高效开采技术研究进展

在综述国内外大倾角煤层开采现状的基础上,认为综合机械化开采是大倾角煤层安全高效开采的惟一出路,并指出了实现大倾角煤层长壁综采需解决的理论与技术难题。给出了大倾角煤层的概念和工程解释。重点论述了大倾角煤层开采基础理论、关键技术、成套装备等方面的研究现状及进展,系统介绍了我国大倾角中厚煤层综采、厚煤层大采高开采、特厚煤层综放开采、煤层群综采及回采巷道支护等工程实践。     

特厚煤层分层综放开采技术可行性研究

研究特厚煤层分层综放开采技术可行性,解决特厚煤层的开采技术难题。依据特厚煤层结构以及冒放性分析结果可知,特厚煤层分层综放开采受煤层强度、顶煤节理裂隙以及顶煤直接顶条件的影响。依据特厚煤层综放开采时的顶煤冒放性,将顶煤冒放性划分为4类。通过顶煤冒放性划分结果可知,特厚煤层分层综放开采技术具有降低顶板强度、降低顶煤厚度、提升资源采出率、提升顶煤冒放性等优点。特厚煤层的最佳开采技术为上分层综采下分层综放技术,为了保障特厚煤层分层综放开采的安全性,分析分层综放开采技术的下分层综放开采工作面安全管控技术。将分层综放开采技术应用于某煤矿特厚煤层开采中,验证特厚煤层分层综放开采技术的可行性。     

特厚煤层综放开采地表沉陷预计模型算法改进

近浅埋深特厚煤层综放开采因其一次性采出煤层厚度大,其地表移动变形特殊性较明显,该地质采矿条件下按概率积分法进行地表沉陷预计结果与实际情况有一定程度的偏差。对试验区近浅埋深特厚煤层综放开采条件下的地表移动变形特殊性进行了分析,考虑到厚硬岩层对地表沉陷的控制作用,并基于层状弹性梁板岩层沉陷控制理论和随机介质理论,建立适合近浅埋深特厚煤层综放开采沉陷预计模型。实践应用表明:该沉陷预计模型算法与实测结果吻合程度较好,适合于特厚煤层综放开采地表沉陷预计应用;较好地解决了概率积分法边界收敛迅速、盆地两侧不对称等问题,提高了地表沉陷的预计精度。     

大同千万吨矿井群特厚煤层高效综放开采技术创新与实践

综述大同矿区千万吨矿井群特厚煤层高效综放智能开采技术创新概况。首先研发了适用于塔山煤矿20 m特厚煤层大采高综放成套技术与装备,实现特厚煤层安全高效开采;其次,考虑资源利用率、环境保护、社会经济效益,实现了11个大型千万吨矿井之间的资源与设备的统一调配与管理,生产技术管理统一化、标准化;然后,在同忻煤矿进行了智能化综采放顶煤技术创新,应用智能放煤决策系统、智能放煤控制系统、采放运一体化协同控制三项关键技术,通过千兆工业环网、工作面通信、视频、集成控制系统,形成了综放面成套智能化开采系统,再结合灾害防治、污染监测、数字化矿山以及节能减排技术,最终形成千万吨级综放工作面智能控制关键技术体系;最后,提出同煤集团智能化综放开采发展方向。     

特厚煤层小煤柱加固及双柔模墙留巷支护设计研究

为了解决特厚煤层分层开采底分层沿空留巷瓦斯超限问题,采用柔模混凝土沿空留巷技术,在白芨沟煤矿0102402工作面进行了特厚煤层分层开采沿空留巷应用,重点研究了巷道副帮小煤柱加固方案、特厚煤层分层开采双柔模墙沿空留巷设计方案。应用结果表明：在厚煤层底分层工作面实施双柔模墙开采技术后,现场留巷巷道顶底板形变量减小,巷道采空区侧顶板维护较好,顶板钢梁形变量小,整体留巷效果好,留巷巷道解决了下区段4个分层回采瓦斯超限问题,提高了煤炭采出率,对厚煤层及特厚煤层分层开采沿空留巷技术有良好的经济效益和应用前景。     

特厚煤层大采高综放开采矿压规律

为了对特厚煤层大采高综放开采矿压规律进行深入研究,以某煤矿15 m特厚煤层为实例,结合离散元法数值模拟和现场实测的方法对首采工作面矿压规律进行研究。现场实测结果表明,基本顶呈现周期性破断,周期来压步距在15~23 m范围内变化,且倾向方向工作面周期来压步距基本一致,来压期间动载系数不大。数值模拟结果表明,特厚煤层大采高综放开采过程中,基本顶中形成稳定的砌体梁结构,解释了开采过程中矿压显现不明显且来压期间无明显冲击载荷的现象。研究表明,该煤矿特厚煤层大采高综放开采工作面来压周期性比较明显,呈现高频率、低强度的特征,工作面液压支架满足安全生产要求,超前支护50 m较为合理。     

煤炭安全高效开采技术与装备发展

基于我国煤炭工业"黄金十年"安全高效开采技术发展成就,阐述了液压支架与围岩刚度耦合、强度耦合、稳定性耦合关系理论的创立与应用;提出了大倾角煤层液压支架"自撑—邻拉—底推—顶挤"的稳定性控制策略及成套技术;解决了薄煤层超大伸缩比立柱、智能化开采技术难题,研发0.6~1.3m复杂薄煤层自动化综采成套技术与装备,实现工作面有人值守无人操作;开发了7m特大采高综采成套装备及大梯度过渡配套技术,实现大采高综采技术新突破;研发了特厚煤层大采高综放开采成套技术与装备,成功实现14~20m特厚煤层安全、高效、高回收率开采。基于煤炭市场发展趋势和技术发展要求,展望"十三五"煤炭安全、高效、集约、智能化开采技术与装备发展方向。     

大采高综放开采技术标准体系研究

针对目前我国特厚煤层大采高综放开采技术研究尚缺少相关技术标准及技术标准体系的问题,对此相关技术标准进行了研究。按照GB/T 13016—2009《标准体系表编制原则和要求》,建立了大采高综放开采技术标准体系,确定了大采高综放开采技术标准体系的结构与框架形式,列出了技术标准体系表与明细表,提出了急需研究制定的大采高综放开采工作面设计规范、生产管理规范等62项标准,以提高我国厚煤层开采技术与装备的标准化水平。     

大倾角综采放顶煤开采数值计算及相似模拟分析

为解决大倾角综采放顶煤技术难题,综合分析了大倾角特厚煤层综采放顶煤工作面关键位置的煤岩力学性态、支架受力的模态、开采过程煤岩运动规律和应力分布规律．通过数值计算和物理模拟分析了煤岩运动非稳态演化特征及力学性态,对大倾角特厚煤层综采放顶煤的开采寻找提高采出率的技术提供了有力的佐证。     

千米深井大倾角特厚煤层综放开采技术实践

为实现千米深井大倾角特厚煤层综合机械化放顶煤开采,应用相似材料模拟、数值模拟和现场试验等手段,研究了影响千米深井大倾角特厚煤层综合机械化放顶煤开采的工艺参数、顶板顶煤运移规律、矿山压力规律.通过试验得出二采一放、多轮间隔、由下而上的最佳放煤方式,同时掌握了大倾角特厚煤层放顶煤开采的工艺参数和矿压显现规律,实现了安全开采.     

特厚煤层综放沿空掘巷小煤柱合理宽度综合确定方法

为解决特厚煤层综放开采大煤柱尺寸下煤炭资源损失量大、沿空掘巷小煤柱合理宽度确定方法单一、研究结果与工程实际存在较大差距的问题,本文以扎赉诺尔矿区灵东煤矿为工程背景,提出了基于JW-6型地下高频电磁波CT系统、钻孔应力监测系统、数值模拟等多手段下特厚煤层综放沿空掘巷小煤柱合理宽度的综合确定方法,并依据此方法分析了灵东煤矿特厚煤层综放开采侧向支承压力分布规律及演化规律、煤柱承载及变形特征,以此确定了灵东煤矿特厚煤层综放沿空掘巷小煤柱合理宽度为6.0～9.0m。工程实践结果表明,该综合分析方法确定的特厚煤层综放开采小煤柱宽度合理,回采期间巷道围岩变形量绝大部分控制在300mm以内,变形量小,满足工作面安全生产需要,提高了煤炭资源回收率。该研究成果对特厚煤层综放沿空掘巷小煤柱合理宽度的确定具有重要参考意义。     

大流量井下移动式碳分子筛制氮装置的研制

针对目前特厚煤层大采高综放工作面制氮防灭火能力不足的现状,研制2 000 m3/h大流量制氮机并成功应用于塔山煤矿。阐述了制氮机的构造及主要创新研究成果。该装置的推广应用,解决了特厚煤层大采高综放开采注氮防灭火的问题,全面提高综采放顶煤工作面注氮防火效果,为特厚煤层大采高综放工作面实现安全、高产、高效、高回收率提供技术支撑。     

大倾角特厚煤层综放开采技术的研究与应用

在分析大倾角煤层综放开采现状的基础上,结合东滩煤矿1300工作面41°倾角、特厚煤层实际,进行了大倾角特厚煤层综放开采设备稳定性控制、工艺方式优化、矿压显现规律等方面关键技术的研究,在实际生产中取得了较好的技术经济效果,可为类似煤层综放开采提供参考。     

特厚硬煤层综采技术应用现状及发展趋势

针对特厚硬煤层不同的地质条件,对比分析了4种特厚硬煤层开采方法的优缺点,介绍了适用特厚硬煤层开采的综合弱化技术及特厚硬煤层大断面巷道快速掘进技术与装备,以解决特厚硬煤层开采难题,提高生产集约化和机械化程度。最后,针对特厚硬煤层综采工作面所面临的灾害,提出了综合安全保障技术,并对厚煤层开采技术研究的重点和发展方向进行展望。