《多水源威胁特厚煤层采动水岩耦合致灾机理与调控用技术研发与应用》

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该项目属采矿业水害防治与绿色安全开采领域。项目研究的唐家会煤矿主采煤层厚17米,上方直接覆盖有52.3-72.4m的砂岩含水层,底板为强富水的奥灰含水层,且断层、陷落柱等隐伏构造较发育,严重威胁矿井安全开采。针对厚砂岩含水层下、奥灰强含水层上和隐伏导水构造密集等开采难题,依托国家自然科学基金和企业产学研研发基金,历经7年产、学、研协同创新、技术集成和工程实践,系统研究了顶底板含水层的富水性、覆岩阻隔水性能及突水的形成条件,特厚煤层采动导水裂隙演化规律,断层、陷落柱等隐伏构造采动活化与控制机理。形成了具有自主知识产权的多水源威胁特厚煤层安全开采核心技术体系。获得的创新成果与特点如下:1、研发了立体快速疏放厚砂岩含水层技术:针对厚砂岩含水层下单一穿层孔点状疏水慢、开采出水压架频发等问题,构建了疏水减压数学模型,研发了顺层长钻孔与穿层短钻孔相结合的立体快速疏放厚层砂岩水新技术,创新了水害防治与采矿设计、支架选型的协同耦合机制。改革了巷道布置方式,实施了短面、高阻、快流等调控技术,形成了“危险区域预测→巷道布置工程设计→高阻支架选型→长顺层、短穿层快速疏放→水文实时监测与推进速度动态调控”为技术核心的厚砂岩含水层下开采技术。2、创新了奥灰含水层上“探、疏、注、用一体化”强含水层改造技术:针对特厚煤层采动底板破坏深度大,开采煤层距奥灰近,奥灰强富水、隐伏构造发育等问题,采用X光衍射、电镜扫描、现场测试等手段,研究了底板岩层阻隔水性能,揭示了特厚煤层采动底板破坏演化特征,研发了探、疏、注、用一体化的底板长顺层钻孔探查、疏放、注浆改造奥灰强含水层新理念,实施了无线随钻定向钻进和柔性钻杆水平孔钻进技术,形成了“定量疏放、探、疏、注、用”结合的奥灰水上特厚煤层高效开采技术。3、攻克了煤巷穿越导水断层和工作面穿越陷落柱防控技术:针对煤层巷道穿越导水断层难和陷落柱跳采资源损失量大等问题,提出了“危险区域预测→超前预注浆→阶段化锚杆、锚索全断面支护→巷道变形预警→巷道补强控制”新方法,形成了“精准探查、定点穿越”煤巷过导水断层技术;研发了“截流堵源的止水层段”陷落柱柱体充填加固技术方案,成功实现了工作面安全穿越隐伏陷落柱。4、研发了矿井水井下净化处理技术及成套设备:针对生态脆弱区域水资源缺乏、水污染控制困难等问题,研究了矿井水污染物的特征,采用新型改性填料浮岩良好的吸附性能与传质能力,开发出满足煤矿井下空间及安全要求的悬浮物处理核心技术,且成功研制小型化改性浮岩生物反应器、系列化设备及配套自控系统,开创了矿井水井下净化处理利用新途径,实现了生态脆弱区矿井水的资源化利用。项目自2011年在唐家会矿实施以来,取得的上述研究成果已在唐家会矿得到推广应用。获得国家授权发明专利4项、实用新型专利4项,授权起草国家能源行业标准6部,出版专著1部;安全采出呆滞煤量共计1002.0万吨,创直接经济效益9.66亿元,实现了效益最大化。

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