大倾角坚硬煤层综放开采顶煤弱化技术

1、甘肃华亭煤电股份有限公司科技项目建议书项目名称：大倾角坚硬煤层综放开采顶煤弱化技术 负责单位：华亭煤电股份公司东峡煤矿起止年限：2010.1201012项目负责人：联系电话：二九年十二月大倾角坚硬煤层综放开采顶煤弱化技术一、国内外概况、水平和发展趋势及专利情况：为了提高煤炭回收率，提高矿井产量和职工收入，保证矿井采掘接续正常和延长矿井生产服务年限，国内外近年来根据部分矿区的地质实际赋存情况，并结合其开采条件及矿压力学性质等技术措施进行了针对性的分析研究，也取得了显著成效。1、地质赋存、煤质及生产条件东峡井田各煤层成煤规律可概况为：北部合并收敛，南部分岔撒开的马尾状形态，充分说明了井田北部含煤性

2、好，南部含煤性差，主采煤6，即煤6-1上、煤6-1下、煤6-2上、煤6-2中、煤6-2下、煤6-3、煤6-4，煤6平均厚度34米，煤层结构北部简单、南部复杂。由北向南分岔为七层，倾角2847，平均38，由北向南逐渐变缓。煤的硬度系数f=23，煤的容重为1.361.38。煤尘具有爆炸危险性，自燃发火期36个月，最短发火期28天，属低瓦斯矿井，绝对瓦斯涌出量3.68m3/min，相对涌出量2.55 m3/t，无冲击地压，煤与瓦斯突出危险，开采条件较差，设计开采深度为+1365 +810米，目前开采水平位于+1075+1005米，南部布置一个大倾角综采放顶煤工作面和北部布置一个水平分段综采放顶煤工作

3、面。即大倾角30117-1工作面走向长996米，倾斜长101米，所采煤层为煤6-1，煤层平均厚度6.76米，倾角2638；水平30218-2或30218-3工作面走向长470米，倾斜长34米，倾角3847，煤层分层开采厚度均为12米。2、关于顶煤弱化技术的确定及基本思路由于东峡煤矿开采的两个综放工作面煤层均为特厚煤层，煤质坚硬，强度大，裂隙率低，不易冒落，对矿井资源及生产经营成本带来了极大的浪费。因此为了有效解决这一问题，矿井先后采用了深孔爆破和高压强注水法弱化顶煤，这两种方法都能降低顶煤强度，提高冒落性，达到资源合理回收的作用。深孔爆破法在使用中，顶煤弱化效果明显，操作工艺简单，可是操作过程

4、中存在一定的安全隐患；采用顶煤强注水弱化法虽操作工艺复杂，弱化效果也突出，但操作起来安全可靠。因此，为了安全高效，经对比选用顶煤强注水弱化更为合理。3、注水钻孔参数的确定由于东峡煤矿煤质及老顶岩石的物理性质，煤质及岩石的力学性能、渗水试验结果等情况不明，无法做准确的、更有权威的计算，只能参照有关研究资料，选取有关钻孔注水参数。顶煤高压强注水湿润半径取30米。钻孔深入顶煤及老顶的垂高取7米。注水按下式计算：Q=R2（L-l+R）rnk式中：R湿润区域半径，m,取15 m。L钻孔长度，m。l封孔长度，m。r煤质密度取1.38t/m3。n煤质及岩石的吸水率%，取1.5%。k不均匀系数。注水压力，使用

5、定量泵，注水压力主要取决于泵的额定压力，煤质及岩石的破裂压力的注水孔德落水条件，一般来说，当注水孔一定时，流量越大，注水压力越高，当把煤体破裂后，注水压力将相应降低，可维持稳定值，根据煤质的性质，注水压力以克服煤层的自重计算，P1.38600=8.28Pa,所以泵的额定压力为不小于9Pa。封孔长度，根据钻孔参数，煤层控制的注水层来确定，一般取10米。根据煤层注水后的时间效应和支承压力分布情况，合理确定注水位置。注水工艺主要包括打钻孔、封孔、注水三项工序。4、高压强注水弱化顶煤的概述综采工作面的设计要经过科学论证，严格执行作业规程规定要求放煤，确保采放煤系统设备完好，采用合理的放煤工序和放煤步距

6、，并且综采队要高度重视煤炭资源回收率，切实加强煤炭生产过程中的管理工作，严格按照放煤工艺和顶煤弱化技术措施，加强现场管理，从而使矿井资源回收率达到规定要求以上。从而降低开采成本，保证矿井安全生产，达到顶煤弱化及资源合理回收利用的要求。到目前为止，国内外在高压强注水弱化岩性研究方面取得的成果如下：水对煤质及岩层的作用。煤岩中某些黏土矿物（如蒙脱石）等遇水后体积膨胀，并使围岩强度降低，结构松散，易崩解、破碎。二、主要研究内容、目标、技术关键及主要技术经济指标（目标要集体，包括阶段目标和最终目标）。1、主要实验研究内容：大倾角坚硬煤层综放开采顶煤弱化技术1）、大倾角坚硬煤层综放开采顶煤弱化技术研究；

7、2）、高压强注水弱化顶煤施工机具配套及施工工艺设计；3)、工程监测设计及检测结果分析；4)、井下工作性试验。2、研究试验目标：通过研究和试验，来提高东峡煤矿煤炭资源回收率，解决东峡煤矿生产任务紧张的问题。3、技术关键1）、合理使用高压强注水弱化顶煤技术；2）、先进有效的工程监测方法；3）、施工机具先进，施工工艺合理。三、主要技术指标：提高东峡煤矿煤炭资源回收利用价值，降低减少资源的浪费和投入的人力、物力使用。四、预期主要成果形式及水平本课题研究吸取国内外现有的高压强注水弱化煤岩的研究成果结合东峡煤矿的具体条件，借助国内外最新研究和观测手段，在坚硬特厚煤层群中应用试验高压强注水弱化煤岩技术，研究

8、成果使矿井资源的开发利用能力大大提高。东峡煤矿处在高速发展阶段，随着煤矿年产量的逐年提高，开采水平不断向深部延拓。本项目的研究，不仅可以解决东峡煤矿回采率低的难题，而且对整个煤炭行业的坚硬煤层的开采回收技术发展，都会起到推进和示范作用。五、采用的研究、试验方法和技术路线（包括工艺流程）、应用动态信息设计方法，按照“地质力学评估起始设计工程监测修正设计”的程序进行试验研究；、对注水参数进行优化设计；、现场技术人员宝贵的施工和管理经验与专业研究单位的先进技术结合，确保本次实验研究的先进性和实用性。六、现有技术基础及条件东峡煤矿是现代化矿井，技术力量雄厚，管理科学。矿领导思想意识超前，重视技术的创新

9、和应用，广大工程技术人员工程经验丰富。在回采及顶煤弱化设计、施工工艺、矿压监测方面都累积了一定的经验，上述条件为此项目的研究奠定了坚实的基础。七、地点、试验规模和进度安排试验地点为：30117-1和30218-2、30218-3回采工作面。2010年2月中旬：可行性研究论证，地质力学调查评估。2010年2月下旬：注水设计；准备材料、施工机具、监测仪器、人员培训等。2010年2月至12月：高压强注水在回采工作面的使用。 2010年12月：工程监测，设计修正，总结验收。八、承担单位主要协作单位及分工（包括研究、试制、试验各阶段、各单位的分工和承担的责任）。东峡煤矿：、制定总体研究计划，审定技术方案

10、；、购置试验所需材料、机具、仪器等； 、组织实施井下试验施工和工程监测；、参加研究报告编写。技术单位：1）、提出试验巷道支护设计方案；2）、提出试验施工工艺及工程监测方案；3）、参加并指导井下强度测试工作，提供强度测试仪器；4）、负责研究报告编写。九、经费概算（包括总概算和分年度预算的项目、费用及偿还经费和年度）序号 项目 数额（万元）1 设计及试验费 82 测试费 43 仪器费 84 调研及差费 25 其 他 16 总 计 23十、课题负责人及工作人员名单课题负责人：1、华亭煤电股份公司东峡煤矿 周 翔 男 高 工 矿 长2、华亭煤电股份公司东峡煤矿 王 玮 男 工程师 副矿长3、华亭煤电股份公司东峡煤矿 范振东 男 工程师 总 工 课题工作人员：1、华亭煤电股份公司