采矿新技术课件VIP

采矿科学与新技术,万志军教授博士生导师中国能源学会理事采矿工程系副主任,二0一一年二月,采矿科学与新技术体系,安全高效开采相关技术巷道围岩控制技术冲击矿压防治技术负压二次降尘技术基于CAD的数字化矿井系统深部及复杂地质条件下开采上行开采技术,岩层控制的砌体梁理论,岩层控制的关键层理论,充填开采方法矸石井下处理技术煤炭地下气化煤与瓦斯共采保水开采褐煤原位注热开采油气与煤质改性,绿色采矿技术,安全高效开采技术,1.综采放顶煤开采技术2.工作面支架与围岩体系监测控制技术3.高瓦斯突出厚煤层大采高一次采全厚综采技术4.中厚偏薄（1.52.5m）煤层高产高效开采的工艺及保障体系5.含硫化铁结核薄煤层短壁综采技术6.短壁（房柱式）开采的工艺及参数设计,一、安全高效开采相关技术,00:02,3,基础理论,岩层控制的关键层理论；“砌体梁”结构的“S-R”稳定理论,00:02,4,不同煤层硬度（软、中硬、硬煤）、煤层厚度和顶板条件下的合理放煤工艺参数；（采高、放采比、步距）,1、综采放顶煤开采技术,厚度不稳定煤层条件下的开采方式和合理工艺参数；,深井（800m）“三软”煤层综放开采工艺与围岩控制技术。,00:02,5,1）工艺与参数研究,（1）提高初采期间的顶煤回收率技术（2）提高末采期间的顶煤回收率技术；（3）提高端头区顶煤回收率技术；,2）提高放顶煤开采的煤炭回收率技术,00:02,6,大采高综放工作面设备配套技术；大采高综放工作面煤矸流场特征及工艺参数优化；大采高综放工作面的自动化控制技术；大采高综放工作面采出率控制技术。,00:02,7,3）大采高综放技术,2.工作面支架与围岩体系监测控制技术,（1）工作面在线监测特点：监测内容针对性、信息采集传输与分析实时性、监测结果处理、决策以及意见反馈及时性。最大限度地实现在工作面生产过程中实时监测。监测系统,00:02,8,00:02,9,地面监测主机,联网,显示器,通信模板,人工取数,工作面支架与围岩监测系统,回采巷道顶板离层及围岩变形监测系统,根据矿井和开采工作面的具体实际，采用工作面支架与围岩信息自动采集存储、人工提取、地面计算机分析与处理的监测过程。,(2)工作面非在线监测,00:02,10,3.厚煤层大采高一次采全厚综采技术,关键技术支架稳定性分析与和围岩稳定性控制；瓦斯治理与防突综合技术；顺槽内变坡起底回收上下端部底煤技术；防突孔安全快速施工技术。,巷道超前液压支架,00:02,11,4.中厚偏薄（1.52.5m）煤层高产高效开采的工艺及保障体系,（1）工作面的煤层条件煤层煤厚0.82.6m，平均1.93m，煤层倾角212，平均6。工作面断层发育。（2）项目研究的关键技术中厚（1.52.5m）煤层高产高效工作面工艺中厚（1.52.5m）煤层高产高效工作面保障系统工作面煤层赋存状况的地质预报工作面支架位态与支护质量监测工作面矿山压力及支架适应性分析综采面快速过断层技术(3)经济效益最高日产13454t，平均月产量20.6万t，平均回采工效达到157.7t/工，研究成果达到国际水平。,00:02,12,5.含硫化铁结核薄煤层短壁综采技术,关键技术村庄下、承压水上、短壁综采面系统设计;含硫化铁结核薄煤层综采设备选型配套及改进;(凯南麦特加强型镐型齿、强力滚筒)顺槽深孔预裂爆破硬夹矸技术。,MG200/456-QWD型电牵引采煤机,00:02,13,6.短壁（房柱式）开采的工艺及参数设计,关键技术房柱式开采的采区（盘区）巷道布置设计；煤房、煤柱合理尺寸(形状)及支护参数确定；煤柱回收工艺及采区（盘区）回采顺序；房柱式开采的矿压控制及监测。,00:02,14,兖州（兴隆庄、鲍店、东滩、南屯、济宁二号煤矿）潞安（王庄、漳村煤矿）徐州(三河尖、韩桥、权台煤矿）大屯(姚桥煤矿)平顶山（四矿、八矿）阳泉（寺家庄矿）淮北（许疃矿）,应用情况,00:02,15,三、冲击矿压防治研究技术,徐州三河尖、权台、新汶华丰、大屯孔庄、兖州东滩、济宁二号矿、义马千秋、枣庄陶庄、田陈等,00:02,16,1、冲击矿压的电磁辐射预测技术,深入研究了煤层型冲击矿压发生的机理；提出了煤岩体弹塑脆性模型；建立了煤岩破坏的流变冲击模型和较为统一的冲击矿压危险前兆信息识别模型；,00:02,17,提出了煤岩冲击破坏的危险性评价方法和冲击矿压预测预报的电磁辐射监测技术。,成果获得波兰采矿奖1项，省部级一等奖1项，二等奖3项,冲击矿压的电磁辐射预测技术,00:02,18,试验测定冲击倾向性、软化性、电磁特性（千秋）,煤电磁辐射试验结果,煤冲击倾向性试验,煤软化试验结果,煤应力-应变曲线,00:02,19,在开采初期煤柱区，冲击矿压危险指数达0.67，属于中等偏强危险；过了煤柱区后，冲击矿压危险指数为0.39，属于弱冲击危险（济宁二号矿）。,分块段（水平、采区、工作面、巷道等）确定冲击危险指数,00:02,20,冲击矿压电磁辐射监测仪,00:02,21,华丰3406工作面，采深800m，采高2.2m；走向长度625m，斜长142m.。采用电磁辐射预测1.0级以上矿震，两次冲击矿压.,电磁辐射预测冲击矿压危险,00:02,22,预测有危险，采取措施不到位发生动力灾害,徐州三河尖矿10月26日发生冲击矿压实测结果,（在24日中班预报有危险，安排25日卸压，需8个钻孔，仅打4个，卸压未到位，在26日中班发生冲击矿压),00:02,23,煤层注水防治冲击（义马千秋）,00:02,24,处理坚硬顶板防冲(三河尖),00:02,25,四、分体式负压二次降尘技术,主要用于综（放）采面降尘，降尘效果可以达到80%以上。,00:02,26,架间降尘装置,00:02,27,放煤口降尘装置,00:02,28,破碎机降尘装置,00:02,29,综放面负压降尘装置降尘效果,降尘后,降尘前,00:02,30,兖州局(鲍店煤矿、兴隆庄煤矿)大屯(姚桥煤矿)淮南谢桥矿、张集矿邢台东庞矿郑煤集团,应用情况,00:02,31,五、基于CAD的数字化矿井系统,基于CAD的数字矿井系统是以矿井二维、三维采掘工程CAD图形为平台，以煤矿地质、测量数据为基础信息数据，将CAD图形与矿井巨量的安全生产技术管理数据相联结。,00:02,32,五、基于CAD的数字化矿井系统,与矿井采煤工作面、掘进工作面、井下硐室、矿井机电设施、通风安全设施、井下管线、通讯以及矿井其它有关信息相联结，建立一个完整的数字化矿井软硬件系统。,国家级教学成果二等奖“采矿学”获国家级精品课程,00:02,33,瓦斯浓度超限动态图形显示,将矿井常用的瓦斯检测KJ*系统与计算机相连，并将实际的瓦斯浓度数据传入其中。分别按瓦斯浓度11.5%、1.52%、2%。在实际采矿工程图上发出一、二、三级警报并显示出相应的救灾措施与演示避灾路线。,某矿一掘进面瓦斯超限时人员的避灾路线演示图,00:02,34,用直接指标体系检验矿井采掘平衡软件,直接指标体系，反映出矿井采掘平衡状况。全矿全部采煤队、掘进队统一考虑和调整，直到每个采煤接替面都在合理的提前期内准备就绪。与调度日报联结，动态显示采掘平衡。,某采煤队第一、第二接替面调整前三项指标显示图,00:02,35,采矿CAD常用软件（平顶山、兖州、山西、甘肃）,1）采矿图初始化软件CKTK2）采矿线型自动绘制软件CKXX3）采矿图元自动绘制软件CKTY4）巷道自动生成软件CKHD5）采煤面自动生成软件CKCMM6）文字处理软件CKWZ7）等高线修改软件CKDGX8）钻孔自动生成软件CKZK9）断层素描图自动、半自动生成软件CKDCXS10）储量计算图面积及储量计算软件CKCLJS11）标准施工图(断面、交叉点、车场)自动生成软件CKSGT12）采矿工程图扫描及矢量化技术CKSLH,00:02,36,六、深部及复杂地质条件下开采,关键技术深部及复杂地质条件下的巷道围岩综合控制新理论、新技术，特别是煤巷锚杆支护理论与技术的突破；建立“地应力测试等地质力学评估数值计算分析设计现场应用实测及信息反馈”岩层控制体系；冲击矿压的机理、预测及控制技术；深部高应力条件下的采场矿压显现规律及上覆岩层的移动规律等。,00:02,37,深部围岩应力测试试验研究平台-围岩状态探测仪,天线分为：100MHz、600MHz探测深度：630m和1.53m,00:02,38,KBJ-8/16型智能数字应变仪可进行大规模的先进的岩体应力和状态测试研究工作,深部围岩应力测试试验研究平台-地应力测试,00:02,39,深部围岩应力测试试验研究平台-数值模拟软件,00:02,40,频率：1100Hz拾震器：6个连续监测时间,测试试验研究平台-微震测试系统,00:02,41,测试试验研究平台-地面钻孔电视系统,00:02,42,现场应用徐州矿区、新汶矿区、平顶山矿区、淮北矿区、淮南矿区、郑州矿区、枣庄矿区等,六、深部及复杂地质条件下开采,00:02,43,七、上行开采技术,采用恒底式采煤法的工作面，其开采煤层的共同特点是煤层松软，遇水后能重新胶结，在采用下行垮落法处理采空区时，顶板管理比较困难。,1、厚煤层分层恒底式上行顺序采煤法,恒底式各分层长壁工作面相对位置关系,00:02,44,恒底式各分层长壁工作面煤岩垮落情况（a）采第一分层；（b）采第二分层；（c）采第三分层1运输平巷；2回风平巷,00:02,45,图7.3回采巷道布置1轨道上山；2运输上山；3区段运输平巷；4区段回风平巷（a）区段内上下分层同采；（b）上下区段同采,00:02,46,2、煤层间垮落上行顺序采煤法（一）近水平、缓倾斜和中倾斜煤层煤层间垮落上行顺序采煤的条件煤层相距较近时用垮落法处理采空区，先采下煤层后，上煤层将随下煤层采空区上覆岩层垮落，遭受破坏，严重时上煤层无法开采。因此煤层间一般采用下行式开采顺序。在某些特定条件下，下行式开采顺序可能限制矿井生产能力的增长和新建矿井的建设速度，增加巷道工程量和维护量，在开采技术、经济效益和安全生产方面并不是最优的，而上行式开采顺序在特定条件下能够避免上述缺陷，并有独特的作用。,00:02,47,煤层间垮落上行顺序采煤的条件分为：1）可以采用上行式采煤的条件先决条件：先采下部的煤层不破坏上部煤层的完整性和连续性，且能给矿井带来较大经济效益。（1）上部煤层为劣质煤或薄煤层或不稳定煤层，开采困难，下部煤层为厚煤层，上下煤层间距较大，开采设备利用率、经济效益和矿井达产期因开采顺序不同而差别很大；（2）上部煤层开拓困难，需要巨额投资，下部煤层开拓容易，且上下煤层间距较大；（3）下部煤层为国家急需的煤种。,00:02,48,2）需要采用上行式采煤的条件先决条件：在安全上和技术上是优越的。（1）上部煤层有冲击地压危险或有煤与瓦斯突出危险，下部煤层作为解放层开采。（2）上部煤层含水丰富，先采下部煤层有利于疏水。（3）上部煤层的顶板为坚硬顶板，需要降低上部煤层顶板的周期来压强度。（4）采用条带采煤法开采有一定层间距的多层煤层，为使保留条带不受重复开采影响。（5）深矿井开采中，先采下煤层有利于实现矿井高产高效，有利于改善上煤层的巷道维护条件及经济技术指标。（6）复采采空区上部遗留的煤炭资源。,00:02,49,扬州矿务局王庄矿：先开采了下部的7煤层和9煤层，7煤的平均厚度是3.2m，9煤的平均厚度是2.7m。,我国目前的煤矿生产是在以下两种情况下进行的：1）生产成本不完全。如投入不足；技术装备落后；安全设施欠帐；工人工资太低。2）相关费用支付不全。如矿产资源费及植被恢复，地面塌陷与水损失；污染治理等。形成绿色开采技术的目的：根据谁破坏谁治理的原则，我们更应该正视开采对环境造成的破坏，有一清醒的认识，并有足够的估量，以便提出必要的对策和对政府提出必要的政策建议。,绿色开采技术,00:02,51,绿色采矿的内涵：采矿方法的改变，如地下气化技术；采空区以及离层区充填技术；消除瓦斯作为温室气体对环境的影响，把瓦斯与水视为资源，进行煤与瓦斯共采技术；条带开采等。保护地下水资源开采技术保水开采技术。地面建筑物以及土地保护的开采技术-充填与条带开采(含条带充填）。不出或少出矸石。首先必须考虑煤层巷道的支护技术。从经济原则出发，少量矸石在井下处理，其系统属于绿色采矿。而大量矸石的地面处理则应属于环境保护或矸石利用。,00:02,52,从广义资源的角度论，在矿区范围内的煤炭、地下水、煤层内所涵的瓦斯、土地以至于煤矸石以及在煤层附近的其他矿床都应该是经营这个矿区的开发对象而加以利用。而原来定义矿井瓦斯（gascontentincoalseam)是：矿井中主要由煤层气构成的以甲烷为主的有害气体。矿井水文地质类型（hydrogeologicaltypeofmines)：根据矿井水文地质条件、涌水量、水害情况和防治水难易程度，类型。,00:02,53,煤炭资源绿色开采的理论与技术框架,00:02,54,岩层控制关键层理论指导绿色开采的总体思路,煤炭资源绿色开采的理论与技术框架,00:02,55,一、充填开采方法,已初步建成高性能、低成本膏体充填新材料制备及充填工艺系统。实验系统主要组成充填注浆材料制备子系统；充填和注浆工艺环管实验子系统；充填注浆材料物理力学性能实验子系统。,00:02,56,激光粒度分析仪,注浆充填系统示意图,00:02,57,固体废弃物膏体充填开采试验平台,充填工艺试验系统：破碎矸石充填料浆制备工艺实验；粗粒料浆管道输送实验；管路清洗实验；充填支架模板隔离效果实验；泵送设备性能实验。,00:02,58,充填注浆材料制备实验系统试验功能：胶结材料破碎、粉磨、分级与混合加工试验。主要性能指标：平均粒径可达24m；材料制备能力50kg/h。,现场示范工程项目正在进行,固体废弃物膏体充填开采试验平台,00:02,59,一、充填开采方法,工业性试验地点山东济宁太平煤矿主要解决问题实现建筑物、水体等特殊条件下的煤炭资源高采出率开采以及地表不沉陷，地下水不流失等。,00:02,60,二、矸石井下处理技术,关键技术矸石井下处理系统及物流可控技术；矸石不出井的巷道布置、开采技术及系统可靠性；与绿色开采相关的技术及理论，如充填及降沉技术及理论等。,00:02,61,二、矸石井下处理技术,工业性试验地点山东济宁三号煤矿解决由于矸石在地面堆积而引起的相关环境问题等。,00:02,62,三、煤炭地下气化,煤炭地下气化理论“长通道、大断面、两阶段”技术理论；聚能点火理论、渗流燃烧理论、地下气化炉测控原理等。,00:02,63,三、煤炭地下气化,关键技术解决燃烧环境下的上覆岩层应力、破断、位移与渗流问题通道稳定性矿压作用下的煤层燃烧控制技术与优质稳定产气新工艺。,00:02,64,低碳能源多联产技术高氢低热值煤气发电技术高氢煤气制氢技术煤气甲烷化技术煤气醇醚化技术煤气间接制油技术,技术进展,地下气化煤气多联产技术,重庆中梁山滞留煤地下导控气化试验基地安徽淮北天然煤焦导控法地下气化开采试验基地甘肃华亭滞留煤充填导控法地下气化与燃气发电试验基地,技术试验基地建设,重庆中梁山煤炭地下导控气化工艺系统,甘肃华亭滞留煤充填导控法地下气化与燃气发电试验基地,煤炭地下导控气化技术,结合现有高瓦斯矿井中量大面广的残煤资源回收开发特点，建立了地下煤层复孔介质耦协场燃烧气化理论和气化采场围岩固流热质耦协场污染物渗移理论模型。研制了以虚底移动导控注气为核心，辅以条带多孔炉型、富氧碳水复合气化剂、井工降温净化、火壁推进位态监控、井工启动点火与收作熄火等技术群的地下导控气化新技术。,00:02,71,形成一套“能源资源环境”（ERE）三者协调的绿色安全复采技术体系。建立了中梁山高瓦斯矿井残煤地下导控气化试验基地，生产了优质稳定水煤气1580万m3，最高热值达14.2，取得经济效益470万元；复采回收高瓦斯矿井残煤资源1.3万吨，提高矿井区段煤炭资源回采率35%；减少瓦斯排放65万m3，环保效益显著。经专家组鉴定，项目成果居国际先进水平。,煤炭地下导控气化技术,00:02,72,四、煤与瓦斯共采,关键技术关键层运动对上邻近层瓦斯动态涌出与下解放层开采最大卸压高度的影响；“O形圈”在卸压瓦斯抽放中的作用机理；岩层运动对瓦斯抽放钻孔的破坏及其防护对策、瓦斯的综合利用等。主要目的减少矿井有害气体的排出，最大限度地在开采煤炭的同时将瓦斯采出。,00:02,