实现科学采矿新技术-综论

1、创新开采模式创新开采模式实现科学采矿实现科学采矿2提提 纲纲一、煤炭的能源战略地位一、煤炭的能源战略地位二、煤炭开采存在的问题二、煤炭开采存在的问题三、科学开采的几种模式三、科学开采的几种模式四、支撑科学开采的巷道支护技术四、支撑科学开采的巷道支护技术31 14l 国家国家能源中长期发展规划纲要（能源中长期发展规划纲要（2004200420202020年）年）中已经中已经确定，中国将确定，中国将“坚持以煤炭为主体、电力为中心、油气和新坚持以煤炭为主体、电力为中心、油气和新能源全面发展的能源战略能源全面发展的能源战略”。l 当前煤炭占我国一次能源的当前煤炭占我国一次能源的7070左右；中国工程院

2、预测，至左右；中国工程院预测，至20502050年仍接近年仍接近50%50%。1 1 煤炭的能源战略地位煤炭的能源战略地位2010-2050年间煤炭消费量预计阶段阶段（年）（年）能源需求总量能源需求总量（亿吨标准煤）（亿吨标准煤）煤炭需求量煤炭需求量（亿吨标准煤）（亿吨标准煤）煤炭比例煤炭比例（%）2010202042502528.55760%20212030516428.5325556%20312050596428.5324148%5在相当长的时期内，煤炭作为我国的主导能源不可替代。在相当长的时期内，煤炭作为我国的主导能源不可替代。l 煤炭能源比石油、天然气更具有资源优势，能够做到立足国煤炭

3、能源比石油、天然气更具有资源优势，能够做到立足国内，能够长期担当能源基础保障重任，能源安全有保障；内，能够长期担当能源基础保障重任，能源安全有保障；1 1 煤炭的能源战略地位煤炭的能源战略地位能源生产结构能源生产结构能源消费结构能源消费结构6l 煤炭是最容易获取的大规模一次能源：相对石油、天然气、煤炭是最容易获取的大规模一次能源：相对石油、天然气、水电、核电、风电等能源的建设投资，煤炭能源投资强度较水电、核电、风电等能源的建设投资，煤炭能源投资强度较低、周期较短、效率较高、技术更为成熟。低、周期较短、效率较高、技术更为成熟。1 1 煤炭的能源战略地位煤炭的能源战略地位风力发电风力发电核电设施核

4、电设施水力发电水力发电7新能源的定义因地、因时而不同。比如核电在中国是新能源，而在法国、美国则不是。比如太阳能“能源”是一个广泛的称呼，有四大主要环节：四个环节中的一个或几个环节有大的变化，且相对于在役主力能源而言，能大幅度地节约资源、大幅度减排的能源或能源技术即可称为 “新能源”。例：煤的现代化利用，如以煤气化为核心的多联产系统资源资源转化转化输送输送终端利用终端利用因开采技术进步，煤炭成为因开采技术进步，煤炭成为“新能源新能源”8 到到2050年全球经济要年全球经济要增长，增长，CO2排放要下降。这需要新的排放要下降。这需要新的能源技术革命能源技术革命。不仅仅是已。不仅仅是已经有的能源技术

5、，还要有挑战性更强的能源新技术。经有的能源技术，还要有挑战性更强的能源新技术。通过开采技术创新，煤炭可以成为新的绿色能源；通过开采技术创新，煤炭可以成为新的绿色能源；通过开采技术创新，煤炭开采过程中也可以实现低碳化。通过开采技术创新，煤炭开采过程中也可以实现低碳化。降低污染物排放和生态破坏。降低污染物排放和生态破坏。适量降低温室气体排放适量降低温室气体排放。9l 我国可持续发展的能源战略的六项指导原则我国可持续发展的能源战略的六项指导原则 原则一：科学发展、可持续发展的原则。原则一：科学发展、可持续发展的原则。 原则二：走中国特色发展道路的原则。原则二：走中国特色发展道路的原则。 原则三：节约

6、优先、高效经济、合理调控供需的原则。原则三：节约优先、高效经济、合理调控供需的原则。 原则四：环境与经济双赢的原则。原则四：环境与经济双赢的原则。 原则五：有差别地确定不同发展阶段、不同地域的战略原则五：有差别地确定不同发展阶段、不同地域的战略目标与重点，达到总体优化的原则。目标与重点，达到总体优化的原则。 原则六：依靠科技创新支撑和经济手段调控、建设先进原则六：依靠科技创新支撑和经济手段调控、建设先进能源系统的原则。能源系统的原则。10煤炭需求预测表明：煤炭需求预测表明： 未来几十年，煤炭在一次能源中仍占据半壁江山，未来几十年，煤炭在一次能源中仍占据半壁江山，主体地位明确；主体地位明确； 由

7、煤炭相对易得的特性，决定了在未来即使走高投由煤炭相对易得的特性，决定了在未来即使走高投入能源发展路线，大力提升核能与可再生能源的比入能源发展路线，大力提升核能与可再生能源的比重，也必须清醒地认识到，为巩固能源基础和安全重，也必须清醒地认识到，为巩固能源基础和安全保障，实现煤炭能源可持续发展战略，是我国能源保障，实现煤炭能源可持续发展战略，是我国能源整体发展战略最具基础性和重要性的部分。整体发展战略最具基础性和重要性的部分。11n 实现煤炭的绿色低碳科学化开采实现煤炭的绿色低碳科学化开采 对传统煤炭开采模式进行改革对传统煤炭开采模式进行改革 采用回采率高的机械化、自动化采煤技术采用回采率高的机械

8、化、自动化采煤技术 高瓦斯矿井全面实现煤与瓦斯共采高瓦斯矿井全面实现煤与瓦斯共采 实行环境友好型有控制地开采实行环境友好型有控制地开采 采用煤炭地下气化等革命性的开采技术采用煤炭地下气化等革命性的开采技术 12 国家支持开展煤炭重大科学和技术专项研究，解决煤炭科国家支持开展煤炭重大科学和技术专项研究，解决煤炭科学开采和安全面临的重大科学和技术问题学开采和安全面临的重大科学和技术问题 建议在煤炭资源开发和洁净利用领域支持的重大科学问题建议在煤炭资源开发和洁净利用领域支持的重大科学问题研究包括：研究包括：（1 1）煤炭地下开采中的关键科学问题研究煤炭地下开采中的关键科学问题研究，包括：煤炭开发中煤

9、，包括：煤炭开发中煤与瓦斯共采重大基础研究；深部煤矿高温热害成灾机理及其环与瓦斯共采重大基础研究；深部煤矿高温热害成灾机理及其环境控制基础研究；深部软岩非线性力学特性及其流变机理研究；境控制基础研究；深部软岩非线性力学特性及其流变机理研究；煤炭开采重大工程装备与技术发展战略研究。煤炭开采重大工程装备与技术发展战略研究。（2 2）环境协调采矿理论的重大基础问题研究环境协调采矿理论的重大基础问题研究，包括：煤炭资源绿，包括：煤炭资源绿色开采基础科学问题研究；矿区排水、供水、生态环保三位一色开采基础科学问题研究；矿区排水、供水、生态环保三位一体优化结合研究；大型煤矿区环境污染和控制的基础研究。体优化

10、结合研究；大型煤矿区环境污染和控制的基础研究。13（3 3）煤矿安全开采理论和关键技术研究煤矿安全开采理论和关键技术研究，包括煤与瓦斯动力，包括煤与瓦斯动力灾害机理与防治的基础研究；煤矿突水机理及其防治基础灾害机理与防治的基础研究；煤矿突水机理及其防治基础研究；煤炭深部开采中的动力灾害机理与防治基础研究；研究；煤炭深部开采中的动力灾害机理与防治基础研究；煤自燃及矿井火灾动力灾害的防治基础研究；煤矿粉尘职煤自燃及矿井火灾动力灾害的防治基础研究；煤矿粉尘职业危害的基础研究。业危害的基础研究。 （4 4）提高煤炭资源回收率的基础研究提高煤炭资源回收率的基础研究，包括：城市建筑物等，包括：城市建筑物等

11、三下提高煤炭开采回收率的基础研究；老矿区提高煤炭资三下提高煤炭开采回收率的基础研究；老矿区提高煤炭资源采出率的基础研究。源采出率的基础研究。（5 5）煤炭洁净利用的重大基础问题研究煤炭洁净利用的重大基础问题研究，包括：煤基液态燃，包括：煤基液态燃料制备用煤资源预测与评价的基础研究；煤炭洁净利用中料制备用煤资源预测与评价的基础研究；煤炭洁净利用中有害元素污染防控的地质地球化学机制。有害元素污染防控的地质地球化学机制。14煤炭开采煤炭开采存在的问题存在的问题2 2152 2 煤炭开采存在的问题煤炭开采存在的问题l 美国、澳大利亚、德国、加拿大等发达国家，资源回收率能美国、澳大利亚、德国、加拿大等发

12、达国家，资源回收率能达到达到80左右，他们每采左右，他们每采1吨煤只消耗吨煤只消耗1.2吨吨1.3吨资源。吨资源。l 平均而言，中国的煤炭回采率只有平均而言，中国的煤炭回采率只有30，不到国际先进水平的一半，每采不到国际先进水平的一半，每采1吨煤吨煤 消耗消耗3.04.0吨资源。吨资源。 l 据据2007中国能源中国能源发展报告发展报告 蓝皮书，蓝皮书， 中国在中国在19802000年的年的20年间，浪费煤年间，浪费煤 炭资源炭资源280亿吨。亿吨。 我国煤炭资源因开采不充分造成的不合理损失量比重很大，绝对量很高。2.1 2.1 资源动用量大，采出率低资源动用量大，采出率低162 2 煤炭开采

13、存在的问题煤炭开采存在的问题2.2 2.2 环境破坏严重，治理难度大、成本高环境破坏严重，治理难度大、成本高陷入水中的房屋陷入水中的房屋坍塌的矸石山坍塌的矸石山l 采矿引发地表沉陷、建筑物破坏、矸石山占地、地下水和地采矿引发地表沉陷、建筑物破坏、矸石山占地、地下水和地面水系破坏、交通破坏、瓦斯排放等环境问题，面水系破坏、交通破坏、瓦斯排放等环境问题，“三废一沉三废一沉”治理日益严峻。治理日益严峻。l 煤炭开采利用导致的环境污染问题日益受到国内外广泛关注。煤炭开采利用导致的环境污染问题日益受到国内外广泛关注。煤炭的产能受环境容量的限制日趋突出。煤炭的产能受环境容量的限制日趋突出。17l 我国煤炭

14、资源总量我国煤炭资源总量5.57万亿万亿t，其中埋深在，其中埋深在1000米以下的为米以下的为2.95亿亿t,占煤炭资源总量的占煤炭资源总量的53%；目前国有重点煤矿中采深大于；目前国有重点煤矿中采深大于 1000米的矿井有米的矿井有34处，开采深度以每年处，开采深度以每年1020米下延，东部矿米下延，东部矿井以每年井以每年1025米的速度延深。米的速度延深。2 2 煤炭开采存在的问题煤炭开采存在的问题2.3 2.3 下延速度快，安全开采难度剧增下延速度快，安全开采难度剧增不同埋藏深度范围内的煤炭资源量及所占比例（千亿吨）不同埋藏深度范围内的煤炭资源量及所占比例（千亿吨）0600m； 6001

15、000m； 10001500m； 15002000m182 2 煤炭开采存在的问题煤炭开采存在的问题浅部开采条件下浅部开采条件下围岩流变特性不明显围岩流变特性不明显变形量小变形量小l 巷道施工困难，持续变形，反复维护，维修成本甚至超出新巷道施工困难，持续变形，反复维护，维修成本甚至超出新掘巷道。掘巷道。深部开采条件下深部开采条件下岩体大破坏、强流变岩体大破坏、强流变变形量大变形量大2.3 2.3 下延速度加快，安全开采难度剧增下延速度加快，安全开采难度剧增192 2 煤炭开采存在的问题煤炭开采存在的问题l 深部岩石力学行为特殊，冲击矿压频率和强度均明显增加，深部岩石力学行为特殊，冲击矿压频率和

16、强度均明显增加，成灾机理更加复杂，防治更加困难。成灾机理更加复杂，防治更加困难。2.3 2.3 下延速度加快，安全开采难度剧增下延速度加快，安全开采难度剧增202 2 煤炭开采存在的问题煤炭开采存在的问题l 瓦斯涌出量增大，煤与瓦斯突出威胁急剧增加。瓦斯涌出量增大，煤与瓦斯突出威胁急剧增加。l 瓦斯治理巷道工程大，施工难度大。瓦斯治理巷道工程大，施工难度大。 2.3 2.3 下延速度加快，安全开采难度持续增加下延速度加快，安全开采难度持续增加治理瓦斯的岩巷工程量大治理瓦斯的岩巷工程量大抽采钻孔施工难度大抽采钻孔施工难度大上向瓦斯抽采工程上向瓦斯抽采工程50倍倍采高采高50倍倍采高采高卸压范围卸

17、压范围开采关键保护层开采关键保护层被卸压层被卸压层被卸压层被卸压层被卸压层被卸压层被卸压层被卸压层首采卸压层首采卸压层下向瓦斯抽采工程下向瓦斯抽采工程裂隙发育裂隙发育卸压区卸压区增压区增压区增压区增压区裂隙发育裂隙发育卸压区卸压区50m50m21l 巷道顶板事故比重和频度相对增加，其中顶板事故占巷道顶板事故比重和频度相对增加，其中顶板事故占38.3%40%，超过瓦斯事故（，超过瓦斯事故（31.5%28.6%）。）。2 2 煤炭开采存在的问题煤炭开采存在的问题2.3 2.3 下延速度加快，安全开采难度剧增下延速度加快，安全开采难度剧增222 2 煤炭开采存在的问题煤炭开采存在的问题 当前阶段，开

18、采过程中存在环境破坏严重，投入高，工当前阶段，开采过程中存在环境破坏严重，投入高，工程量大（掘进率高），安全保障程度低、科技含量不高、开程量大（掘进率高），安全保障程度低、科技含量不高、开采能耗大等突出问题，开采过程呈现高碳化特点。采能耗大等突出问题，开采过程呈现高碳化特点。 必须研究降低污染物排放和生态破坏的绿色开采技术；必须研究降低污染物排放和生态破坏的绿色开采技术；同时研究解决降低开采过程中能耗、减少碳排放的低碳化开同时研究解决降低开采过程中能耗、减少碳排放的低碳化开采技术；提高科技贡献率，实现高采出率、安全开采及与环采技术；提高科技贡献率，实现高采出率、安全开采及与环境协调开采。境协调开采。2.4 2.4 科技贡献率较低，安全保障作用不够科技贡献率较低，安全保障作用不够233 3243 3 科学开采的几种模式科学开采的几种模式l保护环境保护环境从先破坏后治理到从先破坏后治理到与环境协调的绿色开采与环境协调的绿色开采转变。转变。l节约能源节约能源由高资源消耗向由高资源消耗向高回采率高回采率转变。转变。l保障安全保障安全从