煤炭高效安全生產(chǎn)開發(fā)及加工技術(shù)獲獎科研報告

煤炭高效安全生產(chǎn)開發(fā)及加工技術(shù)獲獎科研報告摘要：煤炭作為重要能源，已被廣泛應(yīng)用到工業(yè)發(fā)展以及人類生活中，起著它不可替代的重要作用。在工業(yè)生產(chǎn)和人們的日常生活中，煤炭能源作為生活基礎(chǔ)能源，可以起到促進(jìn)經(jīng)濟(jì)發(fā)展，提供熱量等重要的作用，安全高效生產(chǎn)更是企業(yè)重中之重

關(guān)鍵詞：安全；效益；科技創(chuàng)新

一、井工煤礦長壁式開采中，普遍在大巷與上山兩側(cè)留設(shè)保護(hù)煤柱，工作面末采期間需要提前留出設(shè)備回撤通道。

這種布置方式存在的問題包括：①礦井回采率低；②設(shè)備回撤速度慢；③回撤通道工程量大與支護(hù)困難等。峰峰集團(tuán)梧桐莊礦182312綜采工作面為三采區(qū)2#煤層最后一個工作面，計劃在182312工作面開采結(jié)束后，對上山保護(hù)煤柱進(jìn)行回收，如何實現(xiàn)182312工作面末采及支架回撤，直接關(guān)系到182312外工作面（回收上山煤柱的傾斜工作面）布置。針對上述問題，冀中能源峰峰集團(tuán)有限公司與中國礦業(yè)大學(xué)（北京）合作，在梧桐莊礦開展了“走向與傾斜長壁工作面協(xié)同高效開采關(guān)鍵技術(shù)研究”。項目歷經(jīng)近三年時間，到達(dá)了預(yù)期目標(biāo)，所提出的研究成果已在峰峰集團(tuán)梧桐莊等礦得到推廣實用。

項目以峰峰集團(tuán)梧桐莊礦182312走向工作面與182312外上山煤柱回收工作面（圖1）為工程背景，采用理論研究、數(shù)值分析、物理模擬與現(xiàn)場實測結(jié)合的方法，提出并成功應(yīng)用了走向工作面無煤柱末采技術(shù)；在此基礎(chǔ)上，利用已停采走向工作面液壓支架對上山巷道進(jìn)行巷旁支護(hù)，形成新型沿空留巷技術(shù)，為182312外上山煤柱回收工作面服務(wù)；利用182312外上山煤柱回收工作面沿傾斜方向推進(jìn)與巷旁加強(qiáng)支護(hù)液壓支架的空間關(guān)系，實現(xiàn)已停采走向工作面液壓支架的有序、快速回收，形成了全套的走向與傾向長壁工作面協(xié)同高效開采技術(shù)。

二、項目取得的主要研究成果：

⑴提出并實施了走向長壁工作面末采貫通上山作為回采巷道和回撤通道的新技術(shù)，為傾斜長壁上山煤柱回收工作面提供回采巷道，保證了傾斜長壁工作面的銜接開采，提高了采區(qū)回采率、降低了巷道工程量。

⑵研發(fā)了以液壓支架作為巷旁支護(hù)核心的沿空留巷技術(shù)，采用長錨索等補(bǔ)強(qiáng)支護(hù)方法，有效控制了所留巷道圍巖變形，保障了回撤通道的安全復(fù)用。

⑶研究得到了綜采工作面超前支承壓力對采區(qū)煤柱穩(wěn)定性的作用規(guī)律，提出了控制采高、提高推進(jìn)速度的末采工藝，實現(xiàn)了上山煤柱回收與上山內(nèi)液壓支架快速、有序回撤協(xié)同作業(yè)。

3.推廣應(yīng)用情況、所取得的社會和經(jīng)濟(jì)效益

項目已于2018年12月通過中國煤炭工業(yè)協(xié)會組織的科技成果鑒定，研究成果已在峰峰集團(tuán)梧桐莊三采區(qū)、八采區(qū)等處開展應(yīng)用，取得了顯著的經(jīng)濟(jì)和社會效益。

以梧桐莊三采區(qū)182312走向長壁工作面和182312外傾斜長壁工作面為例。與傳統(tǒng)留設(shè)40m寬的保護(hù)煤柱相比，該技術(shù)可多回采煤炭資源量4.8萬t，新增直接經(jīng)濟(jì)效益5760萬元，新增利潤4320萬元；此外，該技術(shù)利用上山作為支架回撤通道，不必另外掘進(jìn)專用回撤通道，可節(jié)省掘進(jìn)維護(hù)及人工費(fèi)用318萬元；相比傳統(tǒng)支架回撤，可節(jié)省巷道掘進(jìn)工時和支架回撤工時，可產(chǎn)生近1.0億元時間效益。

三、主要科技創(chuàng)新

以峰峰集團(tuán)梧桐莊礦2#煤層三采區(qū)182312走向長壁工作面和182312外回收煤柱傾斜長壁工作面為工程背景，采用理論分析、數(shù)值計算、物理模擬、現(xiàn)場實測和工業(yè)性試驗相結(jié)合的研究方法和手段，提出并成功應(yīng)用了走向工作面無煤柱末采技術(shù)；在此基礎(chǔ)上，利用已停采走向工作面液壓支架對上山巷道進(jìn)行巷旁支護(hù)，形成新型沿空留巷技術(shù)，為182312外上山煤柱回收工作面服務(wù)；利用182312外上山煤柱回收工作面沿傾斜方向推進(jìn)與巷旁加強(qiáng)支護(hù)液壓支架的空間關(guān)系，實現(xiàn)已停采走向工作面液壓支架的有序、快速回收，形成了全套的走向與傾向長壁工作面協(xié)同高效開采技術(shù)。

創(chuàng)新1：提出并實施了走向長壁工作面末采無煤柱貫通上山作為回采巷道和回撤通道的新技術(shù)，為傾斜長壁上山煤柱回收工作面提供回采巷道，保證了傾斜長壁工作面的銜接開采，提高了采區(qū)回采率、降低了巷道工程量

傳統(tǒng)走向長壁工作面末采時，停采線一般要與上山之間留設(shè)寬20～40m的護(hù)巷煤柱，造成大量煤炭資源損失。在傳統(tǒng)支架回撤工藝中，無預(yù)掘回撤通道、預(yù)掘單回撤通道和預(yù)掘雙回撤通道是最常用的三種方式，即在停采線處采用采煤機(jī)擴(kuò)幫或者開掘?qū)Ｓ没爻吠ǖ?。無論采用哪一種回撤方式，停采處都要與上山之間留設(shè)護(hù)巷煤柱，且增加巷道掘進(jìn)工程量，增加巷道掘進(jìn)、支護(hù)材料及人工費(fèi)用。

基于上述傳統(tǒng)末采及回撤工藝存在的問題，結(jié)合梧桐莊三采區(qū)的工程背景和開采現(xiàn)狀，提出走向長壁工作面無煤柱貫通上山技術(shù)，利用貫通上山作為支架回撤通道和傾斜長壁工作面的回采巷道，提高了采區(qū)回采率，降低了巷道工程量和支護(hù)成本。

⑴采用現(xiàn)場實測方法，獲得走向長壁工作面的常規(guī)礦壓顯現(xiàn)規(guī)律。在182312走向長壁工作面的液壓支架布置測站，自開切眼處至工作面推進(jìn)100m的過程中，監(jiān)測液壓支架壓力變化，得到了182312走向長壁工作面基本頂初次來壓步距為42m、周期來壓步距為20m，工作面中部支架阻力大于端頭支架阻力，工作面下端頭支架阻力略大于工作面上端頭支架阻力等走向長壁工作面常規(guī)礦壓顯現(xiàn)規(guī)律。

⑵采用理論分析方法，結(jié)合采區(qū)煤柱、回撤通道與工作面空間位置關(guān)系（圖3-1），建立了采場支承應(yīng)力分布的力學(xué)平衡方程，并對煤柱穩(wěn)定影響因素進(jìn)行了分析。這些影響因素包括：①埋藏深度H；②側(cè)壓系數(shù)λ；③摩擦因素f；④斷裂線距離回撤通道非開采幫距離d；⑤超前應(yīng)力集中系數(shù)K；⑥采高h(yuǎn)；⑦回撤通道寬度w1、工作面開采空間w2和煤柱尺寸w；⑧回撤通道阻力f1與工作面液壓支架工作阻力f2。計算并分析了上述因素對煤柱穩(wěn)定性的影響規(guī)律。

四、結(jié)束語

綜上所言，