《条带式旺格维利减沉控损高效采煤关键技术及应用》

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中国建(构)筑物下压煤量巨大,井下开采引起的地表沉陷对建(构)筑物造成严重损害,控制岩层与地表的移动是“三下”采煤的关键技术,经过数十年的开采,一些矿井除了“三下”压煤资源外,已无煤可采。为提高矿井生产服务年限,保证企业继续运转,“三下”压煤资源的回收受到了企业及社会的广泛关注,资源回收与地表建(构)筑物的保护及环境问题亟待解决。“三下”采煤的关键是控制岩层与地表的移动,建(构)筑物下条带式旺格维利减沉控损高效采煤关键技术是一种高效“三下”采煤技术,其结合了条带采煤巷道布置方式与旺格维利开采工艺,通过连续采掘技术实现高产高效,为建(构)筑物下的减沉开采提供了新思路,该技术既发挥了条带开采与短壁柱式采煤法有效控制地表下沉的优势,又实现了工作面快速搬家,并克服了旺格维利采煤法过程中通风条件差、不规则煤柱与刀间煤柱系统缺乏长期稳定性的弊端,达到安全高效的回收建(构)筑物下压煤的目的。

课题综合运用现场观测、实验室试验、数值模拟计算和理论分析等技术手段,系统地研究了条带式旺格维利减沉控损高效采煤关键技术并加以应用,取得了如下研究成果:

(1)首次提出了建(构)筑物下安全高效的“条带式旺格维利采煤法”,构建了条带式旺格维利减沉控损高效采煤关键技术理论基础,突破了条带式旺格维利减沉控损高效采煤关键技术;依据条带式旺格维利采煤法的技术特点及地表建(构)筑物的抗变形能力,提出了五种工作面布置及开采方式。

(2)阐明了条带式旺格维利减沉控损高效采煤法煤柱特征、类型及作用,分类总结了条带式旺格维利减沉控损高效采煤法3种煤柱形式(狭窄煤柱、不规则煤柱、条带煤柱),建立了煤柱结构力学模型,揭示了条带式旺格维利采煤法煤柱系统的稳定与失稳机理。

(3)研究了条带式旺格维利减沉控损高效采煤法不同参数(巷道布置、深厚比、顶板岩性等)对覆岩破坏的影响,获得影响条带式旺格维利采煤覆岩破坏规律的主控因素,建立了条带式旺格维利采煤法的地表移动变形计算模型,揭示了条带式旺格维利采煤法覆岩移动及地表沉陷规律。

(4)揭示了条带式旺格维利减沉控损高效采煤法围岩应力场、位移场及塑性区的分布规律;确定了条带式旺格维利减沉控损高效采煤法巷道最佳布置方式及合理的采留宽、采硐深度等开采参数。

(5)结合条带式旺格维利减沉控损高效采煤法巷道布置方式、采掘应力分布等特点,对条带式旺格维利减沉控损高效采煤法采掘工艺、设备及巷道支护等进行了改进优化,并进行了应用推广,取得了良好的经济及社会效益。

项目组围绕课题,结合具体的采矿地质条件,针对条带式旺格维利减沉控损高效采煤关键技术及应用,取得了如下研究成果:研究报告1套,发表论文51篇,其中SCI/EI论文26篇,出版专著1部,申请专利21项,培养博士后1人,博士生3人,硕士生8人。

“条带式旺格维利减沉控损高效采煤关键技术及应用”项目研究成果成功应用于中国内蒙、陕西、山西、河南等矿区,近三年直接经济效益数十亿元,综合效益显著。且由于中国存在大量的三下压煤或资源枯竭矿井,该项目研究成果将在建(构)筑物下压煤、边角煤、保护煤柱回收中,产生了更大的经济和社会效益。同时,随着煤矿的开采进行,井田范围内未回采工作面自然村庄越来越密集,更是存在搬迁难、无地可搬等问题,建(构)筑物下压煤开采问题突出。该项目的研究与实践,有效地控制了矿区地面的沉陷与变形,减轻采动损害,确保建(构)筑物的安全正常使用和煤矿的安全高效生产,改善了工农关系,保护了矿山的生态环境,丰富了岩移理论,促进了煤矿可持续发展战略的实施,具有广阔的推广和应用前景,将带来更大的经济及社会效益。

成果说明

“条带式旺格维利减沉控损高效采煤关键技术及应用”项目,结合煤矿具体的生产地质条件,在理论分析、现场应用相结合的基础上,系统地研究了条带式旺格维利高效采煤关键技术的巷道布置方式、覆岩与地表移动规律、煤柱的稳定性及建构筑物破坏特征等,该项目研究成果能有效的控制地表下沉、减少采动损害,为矿区的“三下”采煤提供了技术保障。项目自开展研究以来,已在山西(山西潞安矿业集团、华润煤业(集团))、内蒙(国家能源集团)、河南(郑州煤电股份有限公司、郑州煤炭工业(集团))等单位开展了应用推广,取得了良好的经济及社会效益。

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