无煤柱开采模式研究

事故（Y型通风方案的实施）
(3)存在的问题
①认识问题（安全高效开采的可靠性、经济性及其理论基
础和技术保证存在疑虑）
②开采设计决策和实施管理缺乏矿压控制理论的指导
③安全高效开采技术和装备体系有待提高·
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(4)发展方向
①加强矿压理论指导、完善灾害设计理论和技术体系
②重点突破高强度、低成本充填材料制备技术和严实封闭老塘
为全国煤矿安全生产的典范。
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以此为基础，在21世纪初开始在实现充填材料更新、充填工艺及装备 机械化的基础上，成功的采用了沿空留巷，实现了煤与瓦斯同采，把
沿空留巷无煤柱开采推进到了一个新的发展阶段。
(2)取得的成果
①避免了在高应力区掘巷引发瓦斯突出和瓦斯爆炸事故；
②解决了回采工作面推进上隅角瓦斯积聚引发的瓦斯爆炸
②煤炭资源开采在我国能源结构比重中超过60%的局面 将长期存在
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(2)煤矿安全生产形势严峻，威胁民生，影响国家形象
①2009年工亡人数超过3000人，是美国的100倍； ②顶板、瓦斯、冲击地压和水害等重大灾害事故，没有
从根本上（即靠科学理论指导，靠科学技术手段预测和控制
）得到控制。
a 无护巷煤柱开采 b 三下煤炭资源开采
②煤炭生产过程中伴生物（岩石，高岭土，油母页岩）和
工程废弃物最大限度的资源化利用。
(2)最大限度的控制瓦斯、冲击地压、火灾等重大事故
①最大限度的避免无煤柱护巷开采方案在构造应力场及采
动应力场掘进和维护巷道引发的瓦斯煤层突出、冲击地压、
护巷煤柱自然发火引发的火灾及瓦斯爆炸等重大事故灾害。
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1.4无煤柱开采研究和实践工作的现状，以及发展方向
(1)发展历史
开始是从减少巷道的掘进维护工作量出发，没有明确和突出重大
事故Fra Baidu bibliotek制的目标。工程实践首先在上世纪60年代英国、德国开始。我
国上世纪70年代开始引进推广使用，都因“高水材料”的强度、耐久
性不足、充填工艺落后、巷道维护困难而没有得到推广。进入21世纪
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1.2无煤柱充填开采模式的内涵
无煤柱以矸石为主体的高强材料充填，绿色高效安全开采 模式建立在最充分的利用地球资源，最大限度的控制和保护人 类生存环境的可持续发展理论和循环经济思想指导下的无煤柱 充填安全高效开采模式的技术内涵包括：
①采用以井下矸石为主体的高强度材料充填护巷，实现无 煤柱安全高效开采;
②采用以井下矸石为主体的高强度材料充填采空区，实现 无煤柱控制开采沉陷和相关环境灾害;
③采用凝石技术，实现井下矸石等伴生资源与电厂粉煤灰 等高能工程废弃物的组合，生成高强度充填材料的目标，为矿 井循环经济园区建设做出贡献。
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1.3无煤柱充填开采模式的优越性
(1)资源高效益的利用
①最大限度的采出煤炭资源
(4)煤矿安全高效开采和环境控制研究的方向和重点
①深化“以岩层运动和支承压力分布为核心”的实用采矿工 程理论研究，以此为基础，实现煤矿安全高效开采决策和实 施管理的信息化（在可靠的地理地质信息和不同开采方案条 件下的覆岩运动和支承压力分布等动态信息基础上决策）、 智能化（在正确的采矿理论和相关结构模型建设的基础上决 策）和可视化（形象化图表输出决策结果）；
(3)“节能减排”开采环境灾害控制研究形势紧迫
①工程废弃物污染环境 ②开采沉陷灾害严重
a 水资源流失 b 耕地用地损失 c 建筑物破坏
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③煤炭开采回收率低，资源损失比例过大
a 护巷煤柱损失（比例超过20%） b “三下”压煤损失（比例超过30%） c 承压水上开采损失（比例超过10%）
，随国民经济的高速发展对煤炭需求的快速增长，全国煤矿在采掘工
作面推进过程中发生的重大瓦斯爆炸事故震惊全国。全国煤矿在党中
央关怀下，全力探索在从根本上控制重大瓦斯事故开采技术创新之路
的实施中，“淮煤集团”坚持依靠科技，采用综采放顶煤等先进技术
，从20世纪90年代瓦斯事故多发、安全威胁严重的阴影中走出来，成
③研究方法
以现场实践为基础的理论分析研究，实验室凝石技术实践研究和生产现
202场0/7应/12用案例考察总结分析相结合。
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2无煤柱充填开采模式应用的理论和实践基础
从理论和实践两个方面深刻的揭示深部（高应力）条件 下原煤柱护巷开采模式的事故灾害根源及两种开采模式事 故发生的原因和事故灾害实现的条件方面的重大差异，突 破传统思想观念的束缚，认识无煤柱充填开采模式的优越 性，从理论上揭示和解释当前无煤柱开采模式应用实践中 出现的问题，以此为基础在以重大事故灾害控制为主要目 标的“实用矿山压力控制”理论的指导下，解决针对具体 煤层条件无煤柱充填最优开采方案设计和实施中的问题， 是无煤柱充填开采模式推广应用的基础。
无煤柱绿色安全开采 模式研究
中国科学院院士 山东科技大学 采矿工程研究院
宋振骐 教授
2011年05月
1 无煤柱开采模式的内涵及意义
1.1无煤柱安全高效开采模式研究的紧迫性
(1)煤炭资源开采是我国能源保障体系建设的重点，可 以说是重中之重
①煤炭资源丰富
a 已探明的可采储量超过万亿吨 b 远景储量超过4万亿吨，是除美国之外世界煤炭资源最丰富的国家
的充填墙体结构设计等关键技术
(5)无煤柱开采模式目的、研究内容及重点
①目的
深化无煤柱充填开采模式意义及相关理论和技术体系的研究，为现 场推广应用奠定基础。
②研究内容
a 无煤柱充填开采模式建设和环境灾害控制的理论和工程实践基础
b 无煤柱充填开采模式建设中的采空区充填技术、充填材料制备技
术的理论实践和工程应用实践基础
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②为井下超前抽放接续工作面瓦斯及老塘瓦斯创造条件。
(3)降低煤巷掘进和维护费用（特别是在高应力区掘进和 维护巷道期间采用高强度支护多次返修的高昂费用）以 及高应力区掘进、维护巷道造成的顶板事故。 (4)开采环境灾害控制
①工程废弃物资源化实现无污染矿井建设目标； ②工程废弃物强化充填材料控制沉陷灾害
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②采掘工作面生产过程机械化和自动化（当前要把85%的中 小型矿井作为突破的重点）；
③寻求新的开采模式——无煤柱充填开采，解决煤矿瓦斯、 冲击地压、水害等重大事故灾害和环境灾害控制，以及“节 能减排，可持续发展”战略方面的问题。
总之，由于开采方法不对，开采模式不当，我国 煤炭资源回收率50%都不到。因此减少新建矿井和 现采煤矿开采损失，以及回收已采矿井呆滞煤炭的 研究必须加紧进行。