矸石置换煤关键技术研究与应用

1、国家科技进步奖答辩汇报国家科技进步奖答辩汇报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

2、奖答辩汇报v 煤矸石的露天排放问题煤矸石的露天排放问题 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

3、”（村庄下、道（村庄下、道路下、水体下）压煤是路下、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 标标国

4、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

5、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判据矸石充填开采岩层移动控制稳定性判据maxzH

6、HHmax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。全高开采支架载荷。相似材料模拟系统相似材料模拟系统（一）矸石充

7、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奖答辩汇报国家科技进步奖答辩汇报（二）矸石充填开

8、采技术开发及应用（二）矸石充填开采技术开发及应用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

9、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

10、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新汶翟镇矿

11、村镇下综采充填地表移动预计与实测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 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（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

12、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%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（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420ml 采高采高4.5ml 等价采高等价采高0.6m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

13、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：

14、受理发明专利：旁证材料：受理发明专利：200610068527.3，200410096583.9；授权实用新型专利：授权实用新型专利：ZL200520083542.6，ZL200420116205.8，ZL200720018798.8，ZL200720018924.X，ZL200720003335.4，ZL200620086347.3；论文：；论文：“矸石充填采煤工艺及配套设备研究矸石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

15、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：ZL200510039249.4；授权实用新型专利：；授权实用新型专利：ZL200520071472.2；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：200710022602.7；论文：；论文

16、：“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：200610097593.3、200610097687.0；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

17、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（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）指标的先进性国家科技进步奖答辩汇报国家科技进步奖答辩汇报（二）授权与受理专利（二）授权与受理专利国家科技

18、进步奖答辩汇报国家科技进步奖答辩汇报（三）获省部级奖励（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2007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2005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