国家科技进步奖答辩 ppt课件

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
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（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
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（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
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
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（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
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（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
Hz ≤ 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
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
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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
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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 ~ 0.3p
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
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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
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（一）煤炭开采中的资源与环境问题
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。
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（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
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
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
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
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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
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
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（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wenku.baidu.com
水平短梁
采空区
传统综采液压支架
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（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
❖ 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。
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（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
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）；
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（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
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（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
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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
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)