国家科技进步奖视频答辩PPT

最大水平变形/mm/m
3.0
0.6
0.3
建筑物破坏等级
Ⅱ
Ⅰ
Ⅰ
下沉量 (mm)
0 0 -200 -400 -600 -800 -1000 -1200 -1400 -1600
距离 (m)
500
1000
1500
全高开采预计 普采充填预计 普采充填实测
普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
平均采深450m 采高1.8m 等价采高0.4m 工作面采出率85%
物允许变 200610068527.3
形值范围 200610097687.0
内
200710022602.7
200410096583.9
国家科技进步奖答辩汇报
（一）指标的先进性
❖ 与其他“三下”开采方式的比
较
比较项目 采出率(%) 吨煤成本
综合效益
矸石充填开采
迁村开采 条带开采 (房柱开采)
85
比迁村开采吨 一吨矸石置换
（2）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。
旁证材料：授权发明专利：ZL200510039249.4；授权实用新型专利： ZL200520071472.2；论文：“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
（四）主要技术创新点
2、其他重要技术创新点
综采矸石充填液压支架
（二）矸石充填开采技术开发及应用
❖ 综采矸石充填原理
矸石充填运输机充填工艺
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
❖ 综采矸石充填压实原理
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
（二）矸石充填开采技术开发及应用
❖ 综采矸石充填工作面井下工况
前部采煤
后部充填
创新 与
发明
1. 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 3. 用矸石重力为充填主要动力，加辅助压实力
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
❖ 发明综采矸石充填技术
工作面
掩护斜梁
采空区
工作面
水平短梁
采空区
传统综采液压支架
国家科技进步奖答辩汇报
3000
普采充 填技术
适用于开采地质 条件较复杂，并 有一定产量要求 的矿井工作面。
1000
巷采充 填技术
适用于残采块段 和断层等边角煤 柱。
300
三项技术都属国内 85 三种充填 外首创
开采方式
都能将地 发明专利：
表变形控 200610097593.3
85 制在建筑 ZL200510039249.4
迁村开采 吨煤增加成本50元左右，历史与文化问题
“三下”压煤 条带开采 采出率50%
传统充填开采 没有实现规模化推广应用
解决问题的 总体思路
技术措施
矸石直接充填置 换“三下”压煤
国家科技进步奖答辩汇报
实施目标
循环利用矿区废弃物 保护矿区土地与环境 回收“三下”压煤资源
（三）项目实施总体技术框架
矸石直接充填置换“三下”压煤总体技术框 架
（三）获省部级奖励
国家科技进步奖答辩汇报
“矸石置换煤关键技 术研究与应用”获 2007年度中国煤炭工 业协会科技进步一等 奖；
（3）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。
旁证材料：受理发明专利：200710022602.7；论文：“旋转冲击 式井下煤矸分离可行性研究” 等2篇。
（4）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“三下”压煤和各类煤柱。
旁证材料：受理发明专利：200610097593.3、200610097687.0； 论文：“建筑物下条带开采煤柱矸石置换开采的研究”。
回收率仅为40%左右， “三下”（村庄下、道 路下、水体下）压煤是 其重要根源。
新汶矿区“三下” 压煤高达2.67亿吨，占 可采储量的70%多。
国家科技进步奖答辩汇报
（二）解决相关问题的总体思路
存在问题 传统办法
实际效果
煤矸石的排放
Biblioteka Baidu
露天排放 制砖等
占用土地、污染环境、爆炸 用量少、产品质量、环保等问题
国家科技进步奖答辩汇报
（一）矸石充填开采岩层控制理论
❖ 矸石充填开采等价采高的概念
H
Hz
充填开采
顶板下沉
等价采高
❖ 矸石充填开采岩层移动控制稳定性判据
H z ≤ Hmax
Hmax——建筑物变形能承受的最大允许采高。 国家科技进步奖答辩汇报
（一）矸石充填开采岩层控制理论
❖ 矸石的松散与压实性能
自制实验系统
汇报提纲
一、立项背景与总体思路 二、主要技术内容及创新点 三、技术经济指标与知识产权 四、应用效益与促进行业进步
国家科技进步奖答辩汇报
一、立项背景与总体思路
（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 （三）项目实施总体技术框架
国家科技进步奖答辩汇报
（一）煤炭开采中的资源与环境问题
国家科技进步奖答辩汇报
三、技术经济指标与知识产权
（一）指标的先进性 （二）授权与受理专利 （三）获省部级奖励
国家科技进步奖答辩汇报
（一）指标的先进性
❖ 本项技术已经达到的指标
技术 名称
适用性
工作面 生产能
采出率
地表移
力(t/d) (%) 动控制
创新性
综采充 填技术
适用于开采地质 条件较好，产量 要求高的矿井工 作面。
国家科技进步奖答辩汇报
（一）矸石充填开采岩层控制理论
❖ 项目研究的难点之一
——建立矸石充填开采岩层控制理论
岩层移动控制目标 绝对不移动
控制移动量
充填技术控制目标
充入与开采等量的矸石
建筑物损伤破坏：搬迁 建筑物局部损伤：修补 建筑物微小损伤：无需修补
理论上 需解决 的问题
1. 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
输送 分级
小于50mm的煤与矸石
小于50mm的煤 旋转劈裂式破碎
大于50mm的矸石
煤用带式输送机 （ （ （ （ （ （ 矸石用带式输送机（ （ （ （ （ （
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
国家科技进步奖答辩汇报
（四）主要技术创新点
1、核心技术创新点
（1）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 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。
国家科技进步奖答辩汇报
平均采深500m 实际采高2.1m 等价采高0.7m 采出率85%
（二）矸石充填开采技术开发及应用
❖ 应用效果实例二
新汶盛泉矿工广下普采充填地表移动预计与实测
比较项目 最大下沉量/mm
全高开采预计 采高1.8m
普采充填预计 等价采高0.4m
普采充填实测
1365
280
257
k ——残余压实系数。
矸石充填开采的 技术控制指标
充实率 hz 压实率 k
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
❖ 项目研究的难点之二
——矸石充入采空区的空间、通道与动力
技术障碍
传统办法
开采工作面不断移动 采空区顶板随采随垮 开采面与采空区隔离
水砂充填——水流为动力 风力充填——风流为动力 膏体充填——流体为动力
全高开采预计 采高2.1m
综采充填预计 等价采高0.6m
综采充填实测
1580
420
380
3.2
0.8
0.5
Ⅱ
Ⅰ
Ⅰ
下沉量 (mm)
0 0 -200 -400 -600 -800 -1000 -1200 -1400 -1600
距离 (m)
500
1000
1500
全高开采预计 综采充填预计 综采充填实测
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
n
k
2.0
g1
1.8
g3
1.6
g5
1.4
1.2
1.00
10
20
30
40
σ/ MPa
矸石碎胀系数与压应力
0.5
g1
0.4
g3
g5 0.3
0.2
0.1
0
10
20
30
40
σ/ MPa
矸石孔隙率与压应力
（一）矸石充填开采岩层控制理论
❖ 矸石充填开采支架工作载荷计算公式 pz 0.2 ~ 0.3 p
旁证材料：受理发明专利：200610068527.3，200410096583.9；授权实 用新型专利：ZL200520083542.6，ZL200420116205.8，ZL200720018798.8， ZL200720018924.X ， ZL200720003335.4 ， ZL200620086347.3 ； 论 文 ： “ 矸 石充填采煤工艺及配套设备研究” 等3篇。
矸石分选与输送
井下 地面
掘进矸石
井
下
煤流矸石
分 矸
系
统
老矸石山
投
料
系
固体废物
统
井 下 矸 石 仓
井 下 矸 石 运 输
国家科技进步奖答辩汇报
矸石充填置换煤
综采矸石充填 普采矸石充填 巷采矸石充填
二、主要技术内容及创新点
（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 （三）井下煤矸分离技术开发及应用 （四）主要技术创新点
-1000 -1200 -1400 -1600 -1800 -2000
距离 (m)
500
1000
1500
全高巷采预计 巷采充填预计 巷采充填实测
巷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
平均采深420m 采高4.5m 等价采高0.6m
（三）井下煤矸分离技术开发及应用
❖ 井下煤矸分离方法
井下煤矸 分选系统
研 制 了 MGF-350 国内外现有煤矸
型井下煤矸分选机; 分选设备因尺寸、
煤矸处理能力350t/h；工 艺 和 安 全 要 求 等
煤矸分离效率70%左 因 素 限 制 ， 很 难 适
右。
用于井下。
国家科技进步奖答辩汇报
（二）授权与受理专利
授权与受理专利名称
利用矸石置换村庄下压煤的开采方法 破碎岩体多相耦合蠕变试验方法及其装置 矸石充填无煤柱开采工作面采空区的方法 建筑物下矸石置换条带煤柱的开采方法 矿井煤矸分离方法及装备 煤矿井下矸石处理方法 充填矸石液压支架 煤矿井下高速矸石充填皮带机 井下巷道矸石充填综合输送机 煤矿井下双向悬梁式推车机 破碎岩体多相耦合蠕变试验装置 采场充填用防堵塞搅拌槽 充填用胶带输送机
pz——充填开采支架载荷； p——全高开采支架载荷。
相似材料模拟系统 国家科技进步奖答辩汇报
（一）矸石充填开采岩层控制理论
❖ 矸石充填开采等价采高Hz的理论计算公式
Hz hz (k k)(H hz ) ≤ Hmax
H——实际采高； hz——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）；
（二）矸石充填开采技术开发及应用
❖ 应用效果实例三
金能邢东矿工广下巷采充填地表移动预计与实测
比较项目
最大下沉量/mm 最大水平变形/mm/m 建筑物破坏等级
全高巷采预计 采高4.5m
巷采充填预计 等价采高0.6m
巷采充填实测
136650
320
65
32.05
0.5
0.1
Ⅱ
Ⅰ
Ⅰ
下沉量 (mm)
0 0 -200 -400 -600 -800
国家科技进步奖答辩汇报
专利类别
发明专利 发明专利 发明专利 发明专利 发明专利 发明专利 实用新型专利 实用新型专利 实用新型专利 实用新型专利 实用新型专利 实用新型专利 实用新型专利
授权或受理号
200610097593.3 ZL200510039249.4 200610068527.3 200610097687.0 200710022602.7 200410096583.9 ZL200520083542.6 ZL200720018924.X ZL200420116205.8 ZL200720018798.8 ZL200520071472.2 ZL200720003335.4 ZL200620086347.3
煤低20~30元 一吨煤 85
比条带开采吨 保护土地、环
50
煤高20~30元 境和资源
如水砂充填、膏体充填等，由于充填工艺复 传统充填采煤 杂，充填专用材料成本高和控制效果等原因，
这些技术都没有实现规模化推广应用。
国家科技进步奖答辩汇报
（一）指标的先进性
❖ 井下煤矸分选技术
比较项目 成果及指标
与国内外比较
❖ 煤矸石的露天排放问题
我国现有矸石山1600余 座 ， 堆 积 量 超 过 45 亿 t ， 占 地超过15000 hm2。目前每 年产矸量超过2.5亿t。
矸石山除了占用大量的 土地资源外，还会严重污染 空气和地下水，甚至存在爆 炸危险。
国家科技进步奖答辩汇报
（一）煤炭开采中的资源与环境问题
❖ “三下”压煤问 题 我国的煤炭资源
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
❖ 发明普采矸石充填技术
充
填
充
开
系
填
采
统
面
面
普采与充填支护系统
普采与充填工作面布置
普采矸石充填高速动力抛矸机
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
❖ 应用效果实例一
新汶翟镇矿村镇下综采充填地表移动预计与实测
比较项目
最大下沉量/mm 最大水平变形/mm/m 建筑物破坏等级