煤矿切顶卸压沿空成巷无煤柱开采关键技术研究(精品课件).ppt
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1、煤矿切顶卸压沿空成巷无煤柱开采煤矿切顶卸压沿空成巷无煤柱开采关键技术研究关键技术研究四 川 芙 蓉 集 团 实 业 有 限 责 任 公 司四 川 芙 蓉 集 团 实 业 有 限 责 任 公 司中 国 矿 业 大 学 ( 北 京 )中 国 矿 业 大 学 ( 北 京 )山 东 科 大 中 天 电 子 有 限 公 司山 东 科 大 中 天 电 子 有 限 公 司立项背景及总体思路立项背景及总体思路1 汇报内容主要研究内容主要研究内容2关键技术及创新点关键技术及创新点3技术经济指标及知识产权技术经济指标及知识产权4推动行业科技进步的作用推动行业科技进步的作用5应用推广和经济社会效益应用推广和经济社会
2、效益6 顶板及煤与瓦斯突出占煤矿各类事故死亡人数顶板及煤与瓦斯突出占煤矿各类事故死亡人数65%,为事故之首,西南三省更严重,为事故之首,西南三省更严重 其中其中60%以上的顶板和煤与瓦斯突出事故发生在工作面顺槽,是最大安全威胁以上的顶板和煤与瓦斯突出事故发生在工作面顺槽,是最大安全威胁 工作面顺槽布置方式分为:常规留煤柱开采和传统无煤柱沿空留巷开采工作面顺槽布置方式分为:常规留煤柱开采和传统无煤柱沿空留巷开采其它其它10%一、立项背景及研究思路1、立项背景、立项背景西南地区最为严重西南地区最为严重2009年全国煤矿事故死亡人数比例图年全国煤矿事故死亡人数比例图 2006-2008年部分省区煤矿
3、年平均顶板事故年部分省区煤矿年平均顶板事故长壁留煤柱开采方法长壁留煤柱开采方法一、立项背景及研究思路采空区采空区第一工作面第一工作面第二工作面第二工作面下顺槽下顺槽上顺槽上顺槽上顺槽上顺槽下顺槽下顺槽第二工作面第二工作面 常规留煤柱开采:常规留煤柱开采:我国煤矿我国煤矿90%为长壁开采,常规留煤柱开采岩层断裂移动引起力学为长壁开采,常规留煤柱开采岩层断裂移动引起力学叠加和扰动,破坏顶板和形成集中应力,是造成冒顶、瓦斯突出、火灾等自然灾害加剧的叠加和扰动,破坏顶板和形成集中应力,是造成冒顶、瓦斯突出、火灾等自然灾害加剧的根本力学因素。且由于顺槽煤柱的存在,将多丢煤炭根本力学因素。且由于顺槽煤柱的
4、存在,将多丢煤炭8%,多掘顺槽巷道,多掘顺槽巷道50%。 留设煤柱留设煤柱回采煤层回采煤层一、立项背景及研究思路第二工作面第二工作面第一步:第一个工作面上下顺槽施工第一步:第一个工作面上下顺槽施工第一工作面第一工作面下顺槽下顺槽上顺槽上顺槽原始煤层及应力分布原始煤层及应力分布一、立项背景及研究思路第二工作面第二工作面第一工作面回采第一工作面回采下顺槽下顺槽上顺槽上顺槽第二步:第一个工作面回采及顶板垮落第二步:第一个工作面回采及顶板垮落采空区矸石采空区矸石第二工作面第二工作面第二工作面第二工作面其它其它10%三、关键技术及创新点顶板自然垮落模型顶板自然垮落模型顶板自然垮落应力双峰模型顶板自然垮落
5、应力双峰模型运输运输3.7% 长壁无煤柱开采方法长壁无煤柱开采方法一、立项背景及研究思路采空区采空区第一工作面第一工作面第二工作面第二工作面下顺槽下顺槽上顺槽上顺槽上顺槽上顺槽下顺槽下顺槽 传统无煤柱沿空留巷开采:传统无煤柱沿空留巷开采:上世纪上世纪60年代,以德国、英国为主开始研究,从强支护到薄年代,以德国、英国为主开始研究,从强支护到薄煤皮及巷旁充填,均为刚性被动支护,存在:护巷安全可行性差、成本高、劳动强度大、生煤皮及巷旁充填,均为刚性被动支护,存在:护巷安全可行性差、成本高、劳动强度大、生产效率低等缺点。近年中国对煤炭的强烈需求,促进了无煤柱开采技术攻关,开发出了高水产效率低等缺点。近
6、年中国对煤炭的强烈需求,促进了无煤柱开采技术攻关,开发出了高水材料及其输送泵,仍难以满足现场应用需要。导致无煤柱安全高效经济开采这一世界性技术材料及其输送泵,仍难以满足现场应用需要。导致无煤柱安全高效经济开采这一世界性技术难题,至今尚未攻克。难题,至今尚未攻克。 回采煤层回采煤层一、立项背景及研究思路传统留巷方法及顺槽施工传统留巷方法及顺槽施工采空区矸石采空区矸石第二工作面第二工作面留煤柱掘巷留煤柱掘巷外应力场掘巷外应力场掘巷原始应力场掘巷原始应力场掘巷第二工作面第二工作面小煤柱掘巷小煤柱掘巷采空区矸石采空区矸石第二工作面第二工作面沿空留巷沿空留巷巷旁充填巷旁充填第二工作面第二工作面切顶卸压沿
7、空成巷设计研究切顶卸压沿空成巷设计研究工业应用研究工业应用研究远程实时监远程实时监控预警中心控预警中心恒阻锚杆静恒阻锚杆静力测试系统力测试系统岩石水理作用岩石水理作用测 试 系 统测 试 系 统T-PT-P耦合瓦斯运耦合瓦斯运移 测 试 系 统移 测 试 系 统恒阻锚杆动恒阻锚杆动力测试系统力测试系统成巷力学模成巷力学模型 试 验 台型 试 验 台恒阻锚网索支护设计恒阻锚网索支护设计聚能爆破切缝设计聚能爆破切缝设计远程实时在线监测设计远程实时在线监测设计切顶卸压沿空成巷试验平台研发切顶卸压沿空成巷试验平台研发配套关键技术研发配套关键技术研发恒阻让压支护技术恒阻让压支护技术爆破切缝技术爆破切缝技
8、术治灾技术措施治灾技术措施切顶卸压沿空成巷理论研究切顶卸压沿空成巷理论研究数 学 力 学数 学 力 学理 论 模 型理 论 模 型采场应力分采场应力分布特征布特征数值计算力数值计算力学模型学模型切 顶 支 护切 顶 支 护阻 力 确 定阻 力 确 定矿压远程监测技术矿压远程监测技术2、研究思路:、研究思路:为有效防范安全事故和提高煤炭资源回收,从而提出了本课题。为有效防范安全事故和提高煤炭资源回收,从而提出了本课题。建立主动切顶建立主动切顶卸压成巷无煤柱开采新技术理论。卸压成巷无煤柱开采新技术理论。项目总体研究技术路线图项目总体研究技术路线图一、立项背景及研究思路1、主动切顶卸压沿空成巷机理及
9、力学模型研究、主动切顶卸压沿空成巷机理及力学模型研究 建立切顶卸压沿空成巷力学、物理、数值模拟实验模型,研究切顶卸压沿空成巷过建立切顶卸压沿空成巷力学、物理、数值模拟实验模型,研究切顶卸压沿空成巷过 程中的变形失稳规律,以及采矿参数等工程条件的影响规律,找出主控参数,构建程中的变形失稳规律,以及采矿参数等工程条件的影响规律,找出主控参数,构建 力学模型试验系统,揭示主动切顶卸压沿空成巷机理。力学模型试验系统,揭示主动切顶卸压沿空成巷机理。2、主动切顶卸压沿空成巷试验测试平台研发、主动切顶卸压沿空成巷试验测试平台研发 构建切顶卸压沿空成巷试验物理力学模型系统,解决主动切顶卸压沿空成巷模拟及构建切
10、顶卸压沿空成巷试验物理力学模型系统,解决主动切顶卸压沿空成巷模拟及 工业设计参数优化难题;研究建立沿空成巷过程中的工业设计参数优化难题;研究建立沿空成巷过程中的T-P耦合瓦斯突出与解析模拟耦合瓦斯突出与解析模拟 实验装置、围岩吸水软化试验装置,解决室内实验设备问题。实验装置、围岩吸水软化试验装置,解决室内实验设备问题。3、双向聚能爆破主动切顶装置及技术研发、双向聚能爆破主动切顶装置及技术研发 开发适用煤矿的新型双向聚能爆破装置,及双向聚能爆破预裂顶板技术,解决既能开发适用煤矿的新型双向聚能爆破装置,及双向聚能爆破预裂顶板技术,解决既能 主动切顶,又尽可能减少因爆破对沿空巷道围岩破坏的技术难题。
11、主动切顶,又尽可能减少因爆破对沿空巷道围岩破坏的技术难题。二、主要研究内容4、新型恒阻大变形锚杆索支护材料及技术研发、新型恒阻大变形锚杆索支护材料及技术研发 开发适用沿空巷道变形规律的新型锚杆索支护材料,及与之配套的测试平台。解决开发适用沿空巷道变形规律的新型锚杆索支护材料,及与之配套的测试平台。解决 现有支护材料难以适应沿空巷道变形,岩层断裂扰动造成的支护技术难题。现有支护材料难以适应沿空巷道变形,岩层断裂扰动造成的支护技术难题。5、矿压远程实时监测及预警系统的研发、矿压远程实时监测及预警系统的研发 开发沿空巷道矿压在线实时监测及预警系统,解决常规人工观测不能及时掌握矿压开发沿空巷道矿压在线
12、实时监测及预警系统,解决常规人工观测不能及时掌握矿压 显现规律和改变支护的技术难题。显现规律和改变支护的技术难题。6、主动切顶卸压沿空成巷工艺的研发、主动切顶卸压沿空成巷工艺的研发 研究并建立主动切顶卸压沿空成巷的系统工艺,解决理论技术的工业应用问题。研究并建立主动切顶卸压沿空成巷的系统工艺,解决理论技术的工业应用问题。二、主要研究内容 1、建立了主动切顶卸压沿空成巷新技术理论、建立了主动切顶卸压沿空成巷新技术理论 切顶卸压沿空成巷切顶卸压沿空成巷预裂高度卸压效应预裂高度卸压效应三、关键技术及创新点(a a)预裂高度)预裂高度2m2m最大主应力场最大主应力场 (b b)预裂高度)预裂高度4m4
13、m最大主应力场最大主应力场(c c)预裂高度)预裂高度6m6m最大主应力场最大主应力场 (d d)预裂高度)预裂高度8m8m最大主应力场最大主应力场其它其它10%三、关键技术及创新点顶板自然垮落模型顶板自然垮落模型顶板自然垮落应力双峰模型顶板自然垮落应力双峰模型运输运输3.7%需切顶沿空成巷位置需切顶沿空成巷位置切顶卸压沿空成巷力学模型图切顶卸压沿空成巷力学模型图三、关键技术及创新点上顺槽下顺槽底底板板煤煤层层直直接接顶顶老老顶顶57 天天30 天以上天以上三、关键技术及创新点巷旁支护体巷道煤体qsinNBPqyNAcdATAMBqcosTBeMLTBNCTCCx0q cos00预裂切缝预裂切
14、缝切顶卸压沿空成巷数学力学模型切顶卸压沿空成巷数学力学模型恒阻锚索恒阻锚索三、关键技术及创新点沿空切顶模型沿空切顶模型沿空切顶成巷应力双峰模型沿空切顶成巷应力双峰模型巷旁单体支柱巷旁单体支柱切落成巷帮切落成巷帮 恒阻锚索恒阻锚索三、关键技术及创新点沿空切顶支护阻力:沿空切顶支护阻力:20001( cos)()( sincos )()2qLCPMqlNxcdqqxcd 57 天天00000()()/()22xCByhdTSMxx dxxc 000002 tanexptantanxyCPCAMA其中:其中:000000tanlnP2 tantanxCkrhM AxCA20210010217mmLb
15、blxcdLb21cos22LCCChMTSqlNl sin2CCLqThS 煤岩煤岩T-P耦合瓦斯解析运移特性实验装置耦合瓦斯解析运移特性实验装置 2、研发了主动切顶卸压沿空成巷试验测试平台、研发了主动切顶卸压沿空成巷试验测试平台 三、关键技术及创新点TP耦合气化耦合气化效应实验主机效应实验主机出气管口出气管口高灵敏度高灵敏度微压传感器微压传感器高灵敏度流量计量仪高灵敏度流量计量仪放气口放气口气相色谱分气相色谱分析仪析仪 K2 K1三、关键技术及创新点切顶成巷物理力学模型试验装置切顶成巷物理力学模型试验装置 切顶成巷围岩水理测试试验装置切顶成巷围岩水理测试试验装置 模拟了不同煤岩参数条件下,
16、最佳的主动切顶卸压成巷技术指标和操作模拟了不同煤岩参数条件下,最佳的主动切顶卸压成巷技术指标和操作工艺,提高了成巷的安全可行性。工艺,提高了成巷的安全可行性。 3、研发了沿空切顶双向聚能爆破装置及技术:、研发了沿空切顶双向聚能爆破装置及技术:发明了适用于煤矿切顶的双发明了适用于煤矿切顶的双向聚能爆破装置,研发了沿空切顶双向聚能控制爆破技术,解决了沿空巷道顶板预裂爆破向聚能爆破装置,研发了沿空切顶双向聚能控制爆破技术,解决了沿空巷道顶板预裂爆破时对围岩破坏的技术难题。时对围岩破坏的技术难题。 三、关键技术及创新点 灰岩聚能爆破效果灰岩聚能爆破效果花岗岩聚能爆破效果花岗岩聚能爆破效果沿空切顶成巷井
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