1、国家科技进步奖答辩汇报国家科技进步奖答辩汇报汇汇 报报 提提 纲纲一、立项背景与总体思路一、立项背景与总体思路二、主要技术内容及创新点二、主要技术内容及创新点三、技术经济指标与知识产权三、技术经济指标与知识产权四、应用效益与促进行业进步四、应用效益与促进行业进步国家科技进步奖答辩汇报国家科技进步奖答辩汇报一、立项背景与总体思路一、立项背景与总体思路（一）煤炭开采中的资源与环境问题（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（二）解决相关问题的总体思路（三）项目实施总体技术框架（三）项目实施总体技术框架国家科技进步奖答辩汇报国家科技进步奖答辩汇报v 煤矸石的露天排放问题煤矸石的露
2、天排放问题 我国现有矸石山我国现有矸石山1600余余座，堆积量超过座，堆积量超过45亿亿t，占，占地超过地超过15000 hm2。目前每。目前每年产矸量超过年产矸量超过2.5亿亿t。（一）煤炭开采中的资源与环境问题（一）煤炭开采中的资源与环境问题 矸石山除了占用大量的矸石山除了占用大量的土地资源外，还会严重污染土地资源外，还会严重污染空气和地下水，甚至存在爆空气和地下水，甚至存在爆炸危险。炸危险。 国家科技进步奖答辩汇报国家科技进步奖答辩汇报v “三下三下”压煤问压煤问题题 我国的煤炭资源我国的煤炭资源回收率仅为回收率仅为40%左右，左右，“三下三下”（村庄下、道（村庄下、道路下、水体下）压煤
3、是路下、水体下）压煤是其重要根源。其重要根源。（一）煤炭开采中的资源与环境问题（一）煤炭开采中的资源与环境问题 新汶矿区新汶矿区“三下三下”压煤高达压煤高达2.67亿吨，占亿吨，占可采储量的可采储量的70%多。多。国家科技进步奖答辩汇报国家科技进步奖答辩汇报（二）解决相关问题的总体思路（二）解决相关问题的总体思路解决问题的解决问题的总体思路总体思路技技 术术 措措 施施矸石直接充填置矸石直接充填置换换“三下三下”压煤压煤循环利用矿区废弃物循环利用矿区废弃物保护矿区土地与环境保护矿区土地与环境回收回收“三下三下”压煤资源压煤资源实实 施施 目目 标标存在问题存在问题传统办法传统办法实实 际际 效
4、效 果果煤矸石的排放煤矸石的排放露天排放露天排放占用土地、污染环境、爆炸占用土地、污染环境、爆炸制砖等制砖等用量少、产品质量、环保等问题用量少、产品质量、环保等问题“三下三下”压煤压煤迁村开采迁村开采吨煤增加成本吨煤增加成本50元左右，历史与文化问题元左右，历史与文化问题条带开采条带开采采出率采出率50%传统充填开采传统充填开采没有实现规模化推广应用没有实现规模化推广应用国家科技进步奖答辩汇报国家科技进步奖答辩汇报（三）项目实施总体技术框架（三）项目实施总体技术框架矸石直接充填置换矸石直接充填置换“三下三下”压煤总体技术框压煤总体技术框架架国家科技进步奖答辩汇报国家科技进步奖答辩汇报二、主要技
5、术内容及创新点二、主要技术内容及创新点（一）矸石充填开采岩层控制理论（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（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（三）井下煤矸分离技术开发及应用（四）主要技术创新点（四）主要技术创新点国家科技进步奖答辩汇报国家科技进步奖答辩汇报（一）矸石充填开采岩层控制理论（一）矸石充填开采岩层控制理论v 项目研究的难点之一项目研究的难点之一 建立矸石充填开采岩层控制理论建立矸石充填开采岩层控制理论岩层移动控制目标岩层移动控制目标充填技术控制目标充填技术控制目标绝对不移动绝对不移动充入与开采等量的矸石充入与开采等量的矸石控制移动
6、量控制移动量建筑物损伤破坏：搬迁建筑物损伤破坏：搬迁建筑物局部损伤：修补建筑物局部损伤：修补建筑物微小损伤：无需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同一矸石充填量对应的地表最大变形值理论上理论上需解决需解决的问题的问题国家科技进步奖答辩汇报国家科技进步奖答辩汇报充填开采充填开采 顶板下沉顶板下沉 等价采高等价采高 顶板下沉顶板下沉 充填开采充填开采 v 矸石充填开采等价采高的概念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（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
7、判据矸石充填开采岩层移动控制稳定性判据maxzHHHmax建筑物变形能承受的最大允许采高。建筑物变形能承受的最大允许采高。等价采高等价采高 国家科技进步奖答辩汇报国家科技进步奖答辩汇报v 矸石的松散与压实性能矸石的松散与压实性能自制实验系统自制实验系统矸石碎胀系数与压应力矸石碎胀系数与压应力 矸石孔隙率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（一）矸石充填开采岩层控制理论国家科技进步奖答辩汇报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矸石充填开采支架工作载荷计算公式0.2 0.3zpppz充填开采支架载荷；充填开采支架载荷； p全高开采支架载荷。全高开采支架载
8、荷。相似材料模拟系统相似材料模拟系统（一）矸石充填开采岩层控制理论（一）矸石充填开采岩层控制理论国家科技进步奖答辩汇报国家科技进步奖答辩汇报v 矸石充填开采等价采高矸石充填开采等价采高Hz的理论计算公式的理论计算公式max()()zzzHhkkHhHH实际采高；实际采高； hz充填体空顶距（充实率控制参数）；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）；初始压实系数（压实率控制参数）； 残余压实系数。残余压实系数。k矸石充填开采的矸石充填开采的技术控制指标技术控制指标充实率充实率 hz压实率压实率 k（一）矸石充填开采岩层控制理论（一）矸石充填开采岩层控制理论国家科技进步
9、奖答辩汇报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（二）矸石充填开采技术开发及应用技技 术术 障障 碍碍传传 统统 办办 法法开采工作面不断移动开采工作面不断移动采空区顶板随采随垮采空区顶板随采随垮开采面与采空区隔离开采面与采空区隔离水砂充填水砂充填水流为动力水流为动力风力充填风力充填风流为动力风流为动力膏体充填膏体充填流体为动力流体为动力1. 拆除开采工作面与采空区之间的隔离屏障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，加辅助压实力用矸石重力为充填主要动力，加辅助压实力创新创
10、新与与发明发明v 项目研究的难点之二项目研究的难点之二 矸石充入采空区的空间、通道与动力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（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发明综采矸石充填技术工作面工作面 采空区采空区 传统综采液压支架传统综采液压支架掩护斜梁掩护斜梁 工作面工作面 采空区采空区 综采矸石充填液压支架综采矸石充填液压支架水平短梁水平短梁国家科技进步奖答辩汇报国家科技进步奖答辩汇报v 综采矸石充填原理综采矸石充填原理（二）矸石充填开采技术开发及应用（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
11、矸石充填运输机充填工艺国家科技进步奖答辩汇报国家科技进步奖答辩汇报v 综采矸石充填压实原理综采矸石充填压实原理（二）矸石充填开采技术开发及应用（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（二）矸石充填开采技术开发及应用前部采煤前部采煤后部充填后部充填国家科技进步奖答辩汇报国家科技进步奖答辩汇报普采与充填支护系统普采与充填支护系统（二）矸石充填开采技术开发及应用（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发明普
12、采矸石充填技术普采与充填工作面布置普采与充填工作面布置普采与充填支护系统普采与充填支护系统充充填填系系统统普采与充填工作面布置普采与充填工作面布置普采矸石充填高速动力抛矸机普采矸石充填高速动力抛矸机充充填填面面开开采采面面国家科技进步奖答辩汇报国家科技进步奖答辩汇报v 应用效果实例一应用效果实例一比较项目比较项目全高开采预计全高开采预计采高采高2.1m综采充填预计综采充填预计等价采高等价采高0.6m综采充填实测综采充填实测 最大下沉量最大下沉量/mm1580420380 最大水平变形最大水平变形/mm/m3.20.80.5 建筑物破坏等级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
13、新汶翟镇矿村镇下综采充填地表移动预计与实测l 平均采深平均采深500ml 实际采高实际采高2.1ml 等价采高等价采高0.7ml 采出率采出率85%（二）矸石充填开采技术开发及应用（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综采矸石充填地表下沉曲线对比图 全高开采预计全高开采预计采高采高2.1m15803.2综采充填预计综采充填预计等价采高等价采高0.6m4200.8综采充填实测综采充填实测3800.5国家科技进步奖答辩汇报国家科技进步奖答辩汇报v 应用效果实例二应用效果实例二比较项目比较项目全高开采预计全高开采预计采高采高1.8m普采充填预计普采充填预计等价采高等价采高0.
14、4m普采充填实测普采充填实测 最大下沉量最大下沉量/mm1365280257 最大水平变形最大水平变形/mm/m3.00.60.3 建筑物破坏等级建筑物破坏等级（二）矸石充填开采技术开发及应用（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平均采深平均采深450ml 采高采高1.8ml 等价采高等价采高0.4ml 工作面采出率工作面采出率85%全高开采预计全高开采预计采高采高1.8m13653.0普采充填预计普采充填预计等价采高等价采高0.4m2800.6普采充
15、填实测普采充填实测2570.3国家科技进步奖答辩汇报国家科技进步奖答辩汇报v 应用效果实例三应用效果实例三比较项目比较项目全高巷采预计全高巷采预计采高采高4.5m巷采充填预计巷采充填预计等价采高等价采高0.6m巷采充填实测巷采充填实测 最大下沉量最大下沉量/mm166032065 最大水平变形最大水平变形/mm/m2.50.50.1 建筑物破坏等级建筑物破坏等级（二）矸石充填开采技术开发及应用（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 平均采深平均采深420
16、ml 采高采高4.5ml 等价采高等价采高0.6m巷采充填预计巷采充填预计等价采高等价采高0.6m3200.5巷采充填实测巷采充填实测650.1全高巷采预计全高巷采预计采高采高4.5m13653.0国家科技进步奖答辩汇报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（三）井下煤矸分离技术开发及应用v 井下煤矸分离方法井下煤矸分离方法煤矸分选原理与工艺流程图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煤矸分选系统设备布置示意图国家科技进步奖答辩汇报国家科技进步奖答辩汇报（四）主要技术创新点（四）主要技术创新点 1 1、核心技术创新点、核心技术创新点 （1 1）发明了矸石直
17、接充填置换煤的方法、工艺、与装备，）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。等关键设备。 旁证材料：受理发明专利：旁证材料：受理发明专利：201910068527.3，201910096583.9；授权实；授权实用新型专利：用新型专利：ZL201920193542.6，ZL201920196205.8，ZL201920198798.8，ZL201920198924
18、.X，ZL201920003335.4，ZL201920196347.3；论文：；论文：“矸石矸石充填采煤工艺及配套设备研究充填采煤工艺及配套设备研究” 等等3篇。篇。 （2 2）建立了矸石直接充填置换煤的岩层控制理论，为充填）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。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：旁证材料：授权发明专利：ZL201910039249.4；授权实用新型专利：；授权实用新型专利：ZL201920191472.2；论文：；论文：“矸石充填采煤中的矿压显现规律分析矸石充填采煤中的矿压显现规律分析”。国家科
19、技进步奖答辩汇报国家科技进步奖答辩汇报 2、其他重要技术创新点、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）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。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：旁证材料：受理发明专利：201910022602.7；论文：；论文：“旋转冲击旋转冲击式井下煤矸分离可行性研究式井下煤矸分离可行性研究” 等等2篇。篇。（四）主要技术创新点（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）将综采、普采、巷采矸石充填置换煤技术成功用于安全、高效、高采出率回收于安全、高效、高采
20、出率回收“三下三下”压煤和各类煤柱。压煤和各类煤柱。 旁证材料：受理发明专利：旁证材料：受理发明专利：201910097593.3、201910097687.0；论文：论文：“建筑物下条带开采煤柱矸石置换开采的研究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国家科技进步奖答辩汇报三、技术经济指标与知识产权三、技术经济指标与知识产权（一）指标的先进性（一）指标的先进性（二）授权与受理专利（二）授权与受理专利（三）获省部级奖励（三）获省部级奖励国家科技进步奖答辩汇报国家科技进步奖答辩汇报v 本项技术已经达到的指标本项技术已经达到的指标技术技术名称名称适适 用用 性性工作面工作面
21、生产能生产能力力(t/d)采出率采出率(%)地表移地表移动控制动控制创创 新新 性性综采充综采充填技术填技术适用于开采地质适用于开采地质条件较好，产量条件较好，产量要求高的矿井工要求高的矿井工作面。作面。300085三种充填三种充填开采方式开采方式都能将地都能将地表变形控表变形控制在建筑制在建筑物允许变物允许变形值范围形值范围内内三项技术都属国内三项技术都属国内外首创外首创发明专利：发明专利：201910097593.3ZL201910039249.4201910068527.3201910097687.0201910022602.7201910096583.9普采充普采充填技术填技术适用于开
22、采地质适用于开采地质条件较复杂，并条件较复杂，并有一定产量要求有一定产量要求的矿井工作面。的矿井工作面。100085巷采充巷采充填技术填技术适用于残采块段适用于残采块段和断层等边角煤和断层等边角煤柱。柱。300（一）指标的先进性（一）指标的先进性国家科技进步奖答辩汇报国家科技进步奖答辩汇报v 与其他与其他“三下三下”开采方式的比开采方式的比较较（一）指标的先进性（一）指标的先进性比较项目比较项目采出率采出率(%)吨煤成本吨煤成本综合效益综合效益矸石充填开采矸石充填开采85比迁村开采吨比迁村开采吨煤低煤低2030元元比条带开采吨比条带开采吨煤高煤高2030元元一吨矸石置换一吨矸石置换一吨煤一吨煤
23、保护土地、环保护土地、环境和资源境和资源迁村开采迁村开采85条带开采条带开采(房柱开采房柱开采)50传统充填采煤传统充填采煤如水砂充填、膏体充填等，由于充填工艺复如水砂充填、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，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。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国家科技进步奖答辩汇报v 井下煤矸分选技术井下煤矸分选技术（一）指标的先进性（一）指标的先进性比较项目比较项目成果及指标成果及指标与国内外比较与国内外比较井下煤矸井下煤矸分选系统分选系统 研制了研制了MGF-350型井下煤矸分选机
24、型井下煤矸分选机;煤矸处理能力煤矸处理能力350t/h；煤矸分离效率煤矸分离效率70%左左右。右。 国内外现有煤矸国内外现有煤矸分选设备因尺寸、分选设备因尺寸、工艺和安全要求等工艺和安全要求等因素限制，很难适因素限制，很难适用于井下。用于井下。国家科技进步奖答辩汇报国家科技进步奖答辩汇报授权与受理专利名称授权与受理专利名称专利类别专利类别授权或受理号授权或受理号利用矸石置换村庄下压煤的开采方法利用矸石置换村庄下压煤的开采方法发明专利发明专利201910097593.3破碎岩体多相耦合蠕变试验方法及其装置破碎岩体多相耦合蠕变试验方法及其装置发明专利发明专利ZL201910039249.4矸石充填
25、无煤柱开采工作面采空区的方法矸石充填无煤柱开采工作面采空区的方法发明专利发明专利201910068527.3建筑物下矸石置换条带煤柱的开采方法建筑物下矸石置换条带煤柱的开采方法发明专利发明专利201910097687.0矿井煤矸分离方法及装备矿井煤矸分离方法及装备发明专利发明专利201910022602.7煤矿井下矸石处理方法煤矿井下矸石处理方法发明专利发明专利201910096583.9充填矸石液压支架充填矸石液压支架实用新型专利实用新型专利ZL201920193542.6煤矿井下高速矸石充填皮带机煤矿井下高速矸石充填皮带机实用新型专利实用新型专利ZL201920198924.X井下巷道矸石
26、充填综合输送机井下巷道矸石充填综合输送机实用新型专利实用新型专利ZL201920196205.8煤矿井下双向悬梁式推车机煤矿井下双向悬梁式推车机实用新型专利实用新型专利ZL201920198798.8破碎岩体多相耦合蠕变试验装置破碎岩体多相耦合蠕变试验装置实用新型专利实用新型专利ZL201920191472.2采场充填用防堵塞搅拌槽采场充填用防堵塞搅拌槽实用新型专利实用新型专利ZL201920003335.4充填用胶带输送机充填用胶带输送机实用新型专利实用新型专利ZL201920196347.3（二）授权与受理专利（二）授权与受理专利国家科技进步奖答辩汇报国家科技进步奖答辩汇报（三）获省部级奖
27、励（三）获省部级奖励p “矸石置换煤关键技矸石置换煤关键技术 研 究 与 应 用术 研 究 与 应 用 ” 获获2019年度中国煤炭工年度中国煤炭工业协会科技进步一等业协会科技进步一等奖；奖；p “煤矿井下矸石充填煤矿井下矸石充填技术与装备研究技术与装备研究(巷采巷采充填充填)” 获获2019年度中年度中国煤炭工业协会科技国煤炭工业协会科技进步二等奖。进步二等奖。国家科技进步奖答辩汇报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四、应用效益与促进行业科技进步（一）应用和经济社会效益（一）应用和经济社会效益（二）促进行业科技进步和竞争力（二）促进行业科技进步和竞争力国家科技进步奖答辩汇报
28、国家科技进步奖答辩汇报（一）应用和经济社会效益（一）应用和经济社会效益v 推广应用范围推广应用范围 新汶、金能、淄博、兖州、枣庄、平顶山、徐新汶、金能、淄博、兖州、枣庄、平顶山、徐州、霍州等矿区州、霍州等矿区39个生产工作面。个生产工作面。v 推广应用前景推广应用前景 我国仅我国仅“三下三下”压煤就超过压煤就超过137亿吨，每年产亿吨，每年产矸量超过矸量超过2.5亿吨，再加有大量的粉煤灰和荒凉的黄亿吨，再加有大量的粉煤灰和荒凉的黄土山等矿区固体废弃物，使本项技术具有良好的市土山等矿区固体废弃物，使本项技术具有良好的市场推广前景。场推广前景。v 取得的经济效益取得的经济效益近三年来，共取得直接经
29、济效益近三年来，共取得直接经济效益94497.05万元。万元。国家科技进步奖答辩汇报国家科技进步奖答辩汇报（二）促进行业科技进步和竞争力（二）促进行业科技进步和竞争力 本项技术是我国具有完全自主知识产权的本项技术是我国具有完全自主知识产权的绿色采煤技术之一，并能与现有采煤技术体系绿色采煤技术之一，并能与现有采煤技术体系相衔接。本项目实现了提高资源回收率、提高相衔接。本项目实现了提高资源回收率、提高矸石循环利用率以及保护土地资源、保护环境矸石循环利用率以及保护土地资源、保护环境和保护建筑物等多重目标，大力促进了行业科和保护建筑物等多重目标，大力促进了行业科技进步，形成了整体技术优势，市场需求旺盛，技进步，形成了整体技术优势，市场需求旺盛，具有显著的市场竞争优势。具有显著的市场竞争优势。国家科技进步奖答辩汇报国家科技进步奖答辩汇报谢谢大家！谢谢
