煤炭資源安全高效開采技術(shù)的發(fā)展現(xiàn)狀及方向沉陽

1、煤炭資源安全高效開采技術(shù)的發(fā)展現(xiàn)狀及方向,二零一一年五月,宋 振 騏,山東科技大學(xué),第一部分 煤炭在我國能源保障體系建設(shè)中的地位,第二部分 我國煤炭開采理論發(fā)展的成就,第四部分 煤炭開采技術(shù)發(fā)展的方向,第三部分 煤炭資源開發(fā)中的問題,煤炭在我國能源保障體系建設(shè)中的地位,煤炭資源儲量,2010年已探明的地質(zhì)儲量為1.5萬億t 預(yù)計儲量4萬億t,1.1 煤炭資源儲量及所處地位,中國煤炭資源按深度分布的儲量,煤炭資源儲量在化石能源中的地位,我國化石能源可采儲量查明情況,我國煤炭儲量在化石能源中所占比重,煤炭資源儲量在化石能源中的地位,我國能源儲量排名,我國近十年煤炭產(chǎn)量情況,我國煤炭產(chǎn)量由2001年

2、的13.81億t增長到2010年的33億t，年 均增加1.9億t，保證了經(jīng)濟(jì)和社會發(fā)展的需要，是國民經(jīng)濟(jì)發(fā)展和國力保障的重要基礎(chǔ)。,1.2 煤炭產(chǎn)量及其在能源生產(chǎn)總量中的比重,19992010全國煤炭產(chǎn)量,2010年煤炭產(chǎn)量及2020年需求量預(yù)計 國家目前仍然處于基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)、制造業(yè)和城市化的高峰期，對礦產(chǎn)品的需求仍然以較高的速度增長。2010年煤炭產(chǎn)量33億t（占世界產(chǎn)煤總量的45%），“十二五”末規(guī)劃38億t，增長24.6%。 煤炭生產(chǎn)在我國能源結(jié)構(gòu)中的比重,煤炭在一次能源結(jié)構(gòu)中的比例,2008年中國一次能源消費(fèi)構(gòu)成,煤炭資源在能源保障體系建設(shè)中的地位,煤炭在我國能源結(jié)構(gòu)中的主體地位近50

3、年內(nèi)不會改變； 煤炭安全高效生產(chǎn)和高效潔凈利用是我國能源保障體系建 設(shè)中的重中之重,我國煤炭開采理論 發(fā)展的成就,2.1 理論發(fā)展成就,上區(qū)段工作面,h1,h2,h3,H,新開工作面,h1垮落帶高度；h2裂縫帶高度；h3連續(xù)彎曲帶高度；H埋深,采空區(qū),推進(jìn)方向,新開工作面巷道,介質(zhì)屬性復(fù)雜,開采擾動強(qiáng)烈,應(yīng)力分布復(fù)雜,開采空間范圍大,我國“實(shí)用礦山壓力控制理論”，從研 究的系統(tǒng)性、深度、體系的完整性，以 及用以指導(dǎo)開采實(shí)踐取得的成就走在世 界的前列。,1.針對煤礦采場不斷推進(jìn)的工程特點(diǎn)，以及實(shí)現(xiàn)煤礦安全高效開采 必須面對復(fù)雜多變的地理環(huán)境和煤層地質(zhì)條件的現(xiàn)實(shí)，明確了理論 建設(shè)的指導(dǎo)思想和體系，

4、科學(xué)的定義了相關(guān)學(xué)術(shù)名詞和術(shù)語，正確 的闡述了相應(yīng)的基本概念。主要成果包括： (1) 嚴(yán)格的區(qū)分和定義了“礦山壓力”（促使圍巖向已采空間運(yùn) 動的力）和“礦山壓力顯現(xiàn)”（在礦山壓力作用下產(chǎn)生的圍巖破壞 及支架受力現(xiàn)象）兩個基本概念，正確的指出“礦山壓力”存在的 絕對性（采動即有）和“礦山壓力顯現(xiàn)”的相對性，以及礦山壓力 控制（設(shè)計）的目標(biāo)就是把“礦山壓力顯現(xiàn)”控制在安全上可靠、 技術(shù)上可能、經(jīng)濟(jì)上合理的范圍。,(2) 正確指出由于采場不斷推進(jìn)，無論是“礦山壓力”還是“礦 山壓力顯現(xiàn)”都在不斷發(fā)展變化之中，它的變化是有規(guī)律的，這個 規(guī)律是巖層運(yùn)動和破壞決定的。明確的提出礦山壓力控制研究必須 以“巖

5、層運(yùn)動為中心”，把不同采動條件下覆巖運(yùn)動和支承壓力大 小分布范圍及其發(fā)展變化的規(guī)律(包括相關(guān)動態(tài)結(jié)構(gòu)模型的建 設(shè)和相關(guān)結(jié)構(gòu)參數(shù)的確定)放在首要地位。 (3)正確指出任何開采深度條件下，影響“礦山壓力顯現(xiàn)”的巖 層范圍是有限的，即采動破壞失去向四周支承傳遞作用力的巖層 （直接頂）和保持了傳遞作用力聯(lián)系，運(yùn)動時對礦壓顯現(xiàn)明顯影響 的巖層（老頂）兩個部分；可知的，即通過巖層動態(tài)監(jiān)測可以確定； 可變的，即可通過采動條件的變更加以改變。,(4)對于可能垮坍的冒落巖層（直接頂）一般只能取堅決頂住，即“給定載荷”的控制方案，對“老頂”相關(guān)巖層的運(yùn)動，則可以根據(jù)安全可靠、技術(shù)可能、經(jīng)濟(jì)合理的原則和相應(yīng)的力學(xué)保

6、證條件，分別采取“給定變形”，即將作用力完全轉(zhuǎn)移給四周支承體上，和“限定變形”，即將沉降限定到要求狀態(tài)（位態(tài)）兩種方案。明確指出對于老頂相關(guān)巖層的運(yùn)動，不分條件地采用強(qiáng)頂硬抗的控制方案是不科學(xué)的、錯誤的。 2.根據(jù)安全高效開采，特別是頂板沖擊地壓、瓦斯煤層突出、透水突水及開采沉陷災(zāi)害有效控制的目標(biāo)，建立、發(fā)展并逐步完善了以“采動覆巖運(yùn)動和支承壓力分布”為核心的采場結(jié)構(gòu)力學(xué)模型和各類重大事故控制決策結(jié)構(gòu)力學(xué)模型體系，以及相關(guān)結(jié)構(gòu)參數(shù)確定的方法、數(shù)學(xué)力學(xué)模型的建設(shè)。把煤礦安全高效生產(chǎn)，特別是重大事故的控制決策從統(tǒng)計經(jīng)驗(yàn)推進(jìn)到針對具體煤層條件科學(xué)定量的發(fā)展階段。,(1)科學(xué)的界定了采場結(jié)構(gòu)力學(xué)模型的

7、內(nèi)涵和結(jié)構(gòu)模型的結(jié)構(gòu)組成特征。創(chuàng)造性的針對定量控制設(shè)計需要，把采場推進(jìn)過程中分布在四周煤壁上的支承壓力分為煤壁已進(jìn)入破壞，其受力由工作面長度等采動條件確定的“結(jié)構(gòu)拱”內(nèi)巖層運(yùn)動決定的“內(nèi)應(yīng)力場”和“結(jié)構(gòu)拱”內(nèi)、外參與運(yùn)動的巖層作用力決定的“外應(yīng)力場”兩個部分。,(2)正確的指出采場結(jié)構(gòu)模型（包括結(jié)構(gòu)組成合相關(guān)結(jié)構(gòu)參數(shù)）隨采場推進(jìn)處于不斷發(fā)展變化之中，并從控制的差異出發(fā)，界定了“第一次來壓”和“正常推進(jìn)”兩個發(fā)展階段，并深入揭示了兩個發(fā)展階段動態(tài)結(jié)構(gòu)模型的結(jié)構(gòu)組成和結(jié)構(gòu)參數(shù)運(yùn)動發(fā)展的規(guī)律。,推進(jìn)方向巖層運(yùn)動和支承壓力發(fā)展規(guī)律,“內(nèi)應(yīng)力場”發(fā)展演化規(guī)律,(3) 在深入揭示動態(tài)結(jié)構(gòu)模型發(fā)展規(guī)律，特別

8、是支承壓力分布和巖層運(yùn)動關(guān)系的基礎(chǔ)上，創(chuàng)造性提出了通過“礦山壓力顯現(xiàn)”推斷支承壓力分布（包括分布范圍及“內(nèi)應(yīng)力場”、“外應(yīng)力場”及應(yīng)力高峰位置）預(yù)測采場頂板來壓的“井下巖層動動態(tài)觀測研究方法”，并成功研究相關(guān)監(jiān)測儀表測試系統(tǒng)，較好的解決了通過現(xiàn)場實(shí)測確定相關(guān)結(jié)構(gòu)參數(shù)問題。,3.通過大量現(xiàn)場事故案例分析和成功的控制實(shí)踐，深刻揭示重大事故與生產(chǎn)現(xiàn)場“采場結(jié)構(gòu)模型”建設(shè)關(guān)系的研究基礎(chǔ)上，在推進(jìn)重大事故控制決策模型體系的建設(shè)研究方面取得了重大進(jìn)展。 頂板災(zāi)害控制,直接頂,第一巖梁,第二巖梁,采場結(jié)構(gòu)模型組成及分類,有“內(nèi)應(yīng)力場”的結(jié)構(gòu)力學(xué)模型 a.單巖梁老頂結(jié)構(gòu) b.多巖梁老頂結(jié)構(gòu),無“內(nèi)應(yīng)力場”的結(jié)

9、構(gòu)力學(xué)模型 a.單巖梁老頂結(jié)構(gòu) b.多巖梁老頂結(jié)構(gòu),直接頂厚度確定 a.理論判定 b.實(shí)測推斷,采場結(jié)構(gòu)參數(shù)確定,老頂厚度確定 a.實(shí)測推斷 單一巖梁和多巖梁上覆巖層結(jié)構(gòu)組成情況及其采場礦壓顯 現(xiàn)如圖a、圖b所示,b.理論判定 撓度法 相鄰巖層同時運(yùn)動（組成同一巖梁）則： 相鄰巖層分別運(yùn)動（構(gòu)成不同巖梁）則： 裂斷步距法,支架支護(hù)方案確定 a.工況方案 直接頂：給定載荷 老頂：可給定變形也可限定變形 b.控制目標(biāo)和準(zhǔn)則 直接頂：給定載荷 老頂：對下位巖梁限定變形定載荷，上位巖梁給定變形定縮量 以防止堅硬巖梁動態(tài)沖擊要求對下位巖梁限定變形定阻力、對上位 巖梁給定變形定縮量,支架設(shè)計參數(shù)確定,支架

10、支護(hù)強(qiáng)度和支護(hù)阻力,支架縮量,瓦斯災(zāi)害控制,26,(1)瓦斯災(zāi)害預(yù)測和控制的模型及控制準(zhǔn)則 事故災(zāi)害原因：工作面及相關(guān)回風(fēng)巷道中聚集的瓦斯?jié)舛瘸奘峭咚故鹿蕿?zāi)害的根源 事故災(zāi)害實(shí)現(xiàn)條件：采動空間聚集的瓦斯?jié)舛瘸?，有充足的氧氣和有明火引爆（三者缺一不可）是瓦斯爆炸?zāi)害發(fā)生的條件。 事故災(zāi)害預(yù)測和控制控制準(zhǔn)則：,了解和掌握不同開采模式條件下采掘工作面推進(jìn)可能發(fā)生瓦斯事故的地點(diǎn)以及相關(guān)的瓦斯涌出量的重大差異是正確選擇開采模式的基礎(chǔ)。,27,（2）掘進(jìn)工作面推進(jìn)過程中瓦斯事故災(zāi)害控制 煤柱護(hù)巷開采模式瓦斯事故災(zāi)害發(fā)生原因及條件 a.單一重力應(yīng)力場中掘進(jìn)回采巷道,無煤柱護(hù)巷開采方案,2020/8/22

11、,28,原因：掘進(jìn)瓦斯?jié)舛瘸?來源：掘進(jìn)落煤涌出的瓦斯（取決于掘進(jìn)斷面大小和工作面推進(jìn)速度）；巷道煤壁在支承壓力作用下壓縮破壞釋放的瓦斯（取決于壓縮破壞的煤壁范圍，與支承壓力大小近乎正比） 巷道掘進(jìn)瓦斯涌出量計算 式中掘進(jìn)煤斷面面積； 掘進(jìn)破壞的煤壁范圍面積； 煤層容重； 落地煤相對瓦斯涌出量； 支承壓力作用下破壞的煤體相對瓦斯涌出量。 不同護(hù)巷煤柱方案，掘進(jìn)瓦斯涌出量的差異 小煤柱（內(nèi)應(yīng)力場范圍內(nèi)掘進(jìn)）方案 在內(nèi)應(yīng)力場形成和穩(wěn)定前相對回采工作面推進(jìn)（圖中1位置）,29,在內(nèi)應(yīng)力場穩(wěn)定后滯后回采工作面推進(jìn)（圖中2位置） 大煤柱護(hù)巷方案 在高應(yīng)力區(qū)掘進(jìn)（圖中3位置） 在低應(yīng)力區(qū)掘進(jìn) b.在構(gòu)造

12、破壞的復(fù)合應(yīng)力場中掘進(jìn)回采巷道,30,瓦斯來源：構(gòu)造破壞部分聚集的瓦斯 瓦斯涌出量大?。夯夭上锏谰蜻M(jìn)通過構(gòu)造應(yīng)力場煤層擠壓破壞變厚部位將遭遇瓦斯突出事故災(zāi)害的危險。 c 小結(jié) （煤柱護(hù)巷開采模式掘進(jìn)瓦斯事故災(zāi)害研究） 在采場支承壓力分布的高應(yīng)力部位掘進(jìn)引發(fā)的瓦斯涌出是掘進(jìn)回采巷道瓦斯事故災(zāi)害的根源。 掘進(jìn)瓦斯事故災(zāi)害的可能性與掘進(jìn)工作面推進(jìn)速度和由開采深度、工作面長度決定的支承壓力大小成正比。 在復(fù)合應(yīng)力場的高應(yīng)力區(qū)掘進(jìn)回采巷道極易引發(fā)瓦斯突出爆炸等重大事故災(zāi)害 無煤柱護(hù)巷開采模式瓦斯事故災(zāi)害發(fā)生原因及條件 a.無煤柱充填開采模式的兩種回風(fēng)巷道布置形式,2020/8/22,31,沿空送巷U型通

13、風(fēng)方案 即在滯后距離大于回采工作面長度的穩(wěn)定內(nèi)應(yīng)力場部位掘進(jìn)回風(fēng)巷道采用充填護(hù)巷隔絕采空區(qū),32,沿空留巷Y型通風(fēng)方案 即保留原運(yùn)輸巷用于接續(xù)工作面回風(fēng)的充填 護(hù)巷方案 b 無煤柱護(hù)巷掘進(jìn)瓦斯事故災(zāi)害控制的優(yōu)勢 沿空掘巷方案,33,在保證充填體結(jié)構(gòu)密實(shí)隔斷采空區(qū)的前提下，可以完全杜絕掘進(jìn)瓦斯事故災(zāi)害的發(fā)生 沿空留巷方案 本方案避免了在煤層中掘進(jìn)瓦斯涌出，巷道煤壁釋放的瓦斯隨回采風(fēng)流帶走從而排出了掘進(jìn)瓦斯事故的可能性。 避免了在構(gòu)造破壞的復(fù)合應(yīng)力場中掘進(jìn)巷道的可能性，從而排除了瓦斯突出等重大事故的威脅。 (3)回采工作面推進(jìn)瓦斯事故災(zāi)害控制研究 煤柱護(hù)巷開采模式瓦斯事故災(zāi)害分析 a 事故地點(diǎn)及瓦

14、斯來源,采煤通道 采煤過程釋放的瓦斯（與采煤速度成正比）；煤壁在支承壓力和頂板來壓作用下釋放的瓦斯（與工作面長度和內(nèi)應(yīng)力場范圍、頂板來壓強(qiáng)度成正比）,最大瓦斯涌出量發(fā)生在周期來壓期間的采煤過程中。 工作面上隅角 采煤通道未被風(fēng)流帶走的瓦斯；預(yù)留煤柱在兩側(cè)支承壓力作用下釋放的瓦斯。（在采場支承壓力高峰作用范圍內(nèi)，與預(yù)留煤柱寬度成正比，其最大值如圖2.6所示）空氣壓差和頂板來壓作用下，由采空區(qū)壓入的瓦斯，既定壓差下，隨周期來壓波動變化。,34,2020/8/22,35,采空區(qū)（C位置） 回風(fēng)道溢出（未被風(fēng)流帶走）的瓦斯； 回風(fēng)道預(yù)留煤柱在支承壓力和頂板沉降壓縮破壞過程中釋放的瓦斯（與預(yù)留煤柱寬度成

15、正比）； 運(yùn)輸巷煤壁在支承壓力和頂板沉降壓縮破壞過程中釋放的瓦斯（與內(nèi)應(yīng)力場范圍成正比） 工作面推進(jìn)到任意位置（Li）時采空區(qū)聚集的瓦斯總量QLi,36,回風(fēng)巷道（包括排瓦斯的尾巷，位置B） 回風(fēng)通道瓦斯； 兩側(cè)采空區(qū)瓦斯； 預(yù)留煤柱在在支承壓力和頂板沉降壓縮破壞過程中釋放的瓦斯。 b 事故地點(diǎn)及瓦斯來源 事故地點(diǎn)瓦斯?jié)舛瘸?煤柱壓縮破壞，導(dǎo)致采空區(qū)漏風(fēng)，為瓦斯、氧氣、高溫空氣串流，以及煤柱自燃、采空區(qū)浮煤自燃等明火引爆瓦斯創(chuàng)造了條件。,2020/8/22,37,c 小結(jié)（煤柱護(hù)巷開采模式回采瓦斯事故災(zāi)害研究） 風(fēng)巷預(yù)留煤壁在支承壓力和頂板沉降作用下壓縮破壞是回采工作面瓦斯事故的根源，也是事

16、故災(zāi)害實(shí)現(xiàn)的條件。 煤柱護(hù)巷開采模式回采工作面瓦斯事故災(zāi)害發(fā)生的可能性及危害程度與回采工作面推進(jìn)速度以及由開采深度和工作面長度決定的支承壓力和頂板沉降壓力成正比。 無煤柱充填護(hù)巷開采模式的優(yōu)勢及實(shí)現(xiàn)前提 a 開采方案,38,沿空送巷U型通風(fēng),2020/8/22,39,沿空留巷Y型通風(fēng),b 瓦斯災(zāi)害控制優(yōu)勢 避免了預(yù)留煤柱造成的瓦斯聚集超限的可能性； 避免了煤柱壓縮破壞造成的老塘透風(fēng)引發(fā)火災(zāi)及瓦斯事故災(zāi)害的可能性。,c 實(shí)現(xiàn)的前提和關(guān)鍵 充填護(hù)巷墻體結(jié)構(gòu)設(shè)計要保證在采場支承壓力向煤壁轉(zhuǎn)移和裂斷拱內(nèi)巖層沉降全過程中實(shí)現(xiàn)嚴(yán)密封堵老塘，防止老塘透風(fēng)的功能。為此： 墻體充填材料凝固后的強(qiáng)度及破壞前的支承

17、壓力（即阻抗力）足以控制平衡直接頂作用力的需要； 墻體結(jié)構(gòu)壓縮變形能力（即允許的壓縮量）適應(yīng)“裂斷拱”內(nèi)巖層沉降穩(wěn)定的要求。,2020/8/22,40,2020/8/22,41,(1)煤柱護(hù)巷開采模式?jīng)_擊地壓原因及實(shí)現(xiàn)條件 沖擊地壓概念：沖擊地壓是采動空間周邊煤巖在礦山壓力作用下以煤巖突出為特征的礦山壓力動力顯現(xiàn)，是煤礦重大事故災(zāi)害。 沖擊地壓發(fā)生原因：在儲存高強(qiáng)度壓縮彈性能的煤巖中，特別是能量聚集的部位開掘巷道和推進(jìn)回采工作面，引發(fā)彈性能的釋放。 沖擊地壓的動力源及其影響因素：,沖擊地壓（煤與瓦斯突出）災(zāi)害控制,42,a 煤層壓縮彈性能 開采深度愈大，覆巖強(qiáng)度愈高（即允許的懸露面積愈大），受

18、壓煤層儲存聚集的高強(qiáng)度壓縮彈性能的可能性將愈大。 b 頂?shù)装鍘r層彎曲（壓縮）彈性能,2020/8/22,43,重力彎曲彈性能隨支托巖層的強(qiáng)度和隨動層的厚度成正比； 構(gòu)造彎曲彈性能受采深和頂?shù)装鍘r層強(qiáng)度所決定的應(yīng)力保持和釋放條件控制。巖層強(qiáng)度愈高，埋深愈大，可能聚集和保持的彈性能的量級將愈高。 沖擊地壓的動力源及其影響因素： a 已采空間周圍煤巖中聚集的壓縮彈性能達(dá)到了足以產(chǎn)生煤巖沖擊破壞的量級； b 采動，包括采掘工作面推進(jìn)、爆破、頂板斷裂等震動性破壞，改變了相關(guān)部位煤巖的受力條件和極限平衡狀態(tài)。 c 采動空間周圍沒有足夠的緩沖體（包括已破壞的煤巖和柔性支護(hù)等構(gòu)筑物等），把煤巖彈性能釋放可能動

19、力顯現(xiàn)控制到安全的范圍內(nèi)。,2020/8/22,44,掘進(jìn)工作面推進(jìn)沖擊地壓原因及條件： 在有沖擊地壓危險的煤層條件下掘進(jìn)巷道，沖擊地壓發(fā)生和實(shí)現(xiàn)的條件如圖所示。,45,a 留小煤柱（“內(nèi)應(yīng)力場”范圍內(nèi)）掘進(jìn) 在“內(nèi)應(yīng)力場”形成和穩(wěn)定之前開掘巷道（圖中1位置），存在沖擊地壓危險（采深大于300m）； 在“內(nèi)應(yīng)力場”形成穩(wěn)定后（圖中2位置），開掘巷道可以避免沖擊地壓發(fā)生； 在未經(jīng)采動釋放的構(gòu)造應(yīng)力場中掘進(jìn)巷道，將有瓦斯和煤層同時突出的危險。,b 大煤柱護(hù)巷方案 高應(yīng)力區(qū)開掘巷道（采深大于300400m）時，存在沖擊地壓危險； 在低應(yīng)力區(qū)開掘巷道，在采深小于600800m時，將避免沖擊地壓的發(fā)生。

20、,2020/8/22,46,回采工作面推進(jìn)過程中沖擊地壓發(fā)生原因及實(shí)現(xiàn)條件： a.回采工作面內(nèi)沖擊地壓發(fā)生和實(shí)現(xiàn)的條件 單一重力場沖擊地壓將發(fā)生在堅硬巖層頂板第一次裂斷開始到采場第一次來壓階段完成，推進(jìn)距離接近工作面長度的時的范圍內(nèi)。“內(nèi)應(yīng)力場”形成之后的采場推進(jìn)全過程中，出現(xiàn)沖擊地壓的可能性將很小。,2020/8/22,47,.臨近構(gòu)造應(yīng)力場應(yīng)力高峰區(qū)掘進(jìn)開切眼至堅硬巖層裂斷來壓完成期間時，始終存在沖擊地壓的威脅，進(jìn)入出現(xiàn)“內(nèi)應(yīng)力場”的正常推進(jìn)階段后，沖擊地壓事故災(zāi)害出現(xiàn)的可能性同樣將很小。,2020/8/22,48,b.回采巷道沖擊地壓實(shí)現(xiàn)的條件 在采場推進(jìn)全過程中，伴隨堅硬頂板裂斷，始終

21、存在誘發(fā)沖擊地壓的威脅；,2020/8/22,49,隨采場推進(jìn)和堅硬頂板跨落，以及支承壓力的增加，伴隨堅硬頂板裂斷，回采巷道破壞的范圍將進(jìn)一步加大，進(jìn)入正常階段將達(dá)到最大化,2020/8/22,50,受兩側(cè)堅硬頂板懸露，支承壓力疊加的影響，回風(fēng)巷道沖擊地壓破壞的范圍遠(yuǎn)比運(yùn)輸巷道大得多。,2020/8/22,51,(2)無煤柱充填護(hù)巷控制沖擊地壓的優(yōu)勢 沿空掘巷“U”型通風(fēng)方案 a.實(shí)現(xiàn)了在穩(wěn)定內(nèi)應(yīng)力場掘進(jìn)，從而避免了掘進(jìn)中沖擊地壓和瓦斯煤層突出事故的可能性。 b.排出了護(hù)巷煤柱聚集高強(qiáng)度壓縮彈性能的條件，使回風(fēng)巷道始終處于已破壞的煤壁緩沖保護(hù)之下。,2020/8/22,52,沿空留巷“Y”型通

22、風(fēng)方案 a.避免了在應(yīng)力高峰區(qū)，高強(qiáng)度壓縮彈性能的部位開掘回風(fēng)巷道引發(fā)沖擊地壓的可能性。 b.避免了回采工作面推進(jìn)回風(fēng)巷道發(fā)生沖擊地壓災(zāi)害的可能性。,53,水害控制,(1)頂板透水事故的預(yù)測和控制相關(guān)信息基礎(chǔ),2020/8/22,54,(2)底板突水事故的預(yù)測和控制相關(guān)信息基礎(chǔ),保護(hù)煤柱留設(shè)示意圖,2020/8/22,55,留煤柱與不留煤柱與突水的關(guān)系圖,(a),(b),56,沉陷控制研究的相關(guān)理論成果 通過不同工作面長度和開采深度條件下地表沉陷實(shí)測分析研究抽象建立的采動沉陷預(yù)測控制結(jié)構(gòu)力學(xué)模型如圖7所示。,采動沉陷預(yù)測控制結(jié)構(gòu)力學(xué)模型,57,其中 裂斷拱兩側(cè)煤壁壓縮量 裂斷拱上部巖層最大撓曲

23、沉陷值 表土含水層水位下降后壓縮沉陷值,其中 沉陷巖層面積 開采深度 沉陷巖層邊界移動角 采場支承壓力分布范圍 煤層抗壓剛度,上述公式近似計算可表示為：,在既定工作面長度（L0）條件下的地表最大沉陷值max為,2020/8/22,58,采場支承壓力三維結(jié)構(gòu)力學(xué)模型,既定工作面長度下，支承壓力范圍S分布如圖8所示模型由下列平衡方程表示：,2020/8/22,59,裂斷拱上巖層撓曲沉陷值可用下式近似計算： 其中 E-巖層彈性模量 p-巖層容重,既定采深H和工作面L0條件下的沉陷范圍Sb可由下式表示：,1.煤炭安全高效開采技術(shù)發(fā)展成就 (1)綜合機(jī)械化技術(shù)取得重大突破。產(chǎn)量、效益、安全生產(chǎn)狀 況進(jìn)入

24、國際領(lǐng)先水平 機(jī)采高度突破6m 成功的制造和使用了世界最高的液壓支架 （6.2m支架成功的在神東、晉城等礦區(qū)使用，年產(chǎn)量超過1000萬t） 神東礦區(qū)工作面最大長度達(dá)到400m，年產(chǎn)超過1200萬t，全員效率達(dá)到140t是美國、澳大利亞等發(fā)達(dá)采煤國家的1.5到2倍 百萬噸死亡率0到0.01是世界上最低的,2.2 開采技術(shù)發(fā)展成就,(2)綜采放頂煤安全高效開采技術(shù)和裝備已形成體系，繼續(xù)處于 國際領(lǐng)先地位 山西同煤集團(tuán)塔山礦綜采放頂煤的厚度突破20m（機(jī)采高度已達(dá)6m，可以滿足1：3的采放比的控制目標(biāo)）。 采用了每小時3000t的放煤運(yùn)輸機(jī)，實(shí)現(xiàn)了工作面高速推 進(jìn)，年產(chǎn)突破1000萬t的水平。 隨著

25、放煤運(yùn)輸機(jī)能力的提高和新型放頂煤支架研制和使用的成功，使工作面長300m，年產(chǎn)突破1500萬t的目標(biāo)已經(jīng)實(shí)現(xiàn)。 保證防止瓦斯、頂板、火災(zāi)等重大事故的安全開采的理論和技術(shù)體系（新型巷道布置系統(tǒng)、瓦斯抽排技術(shù)裝備、工作面和巷道頂板控制技術(shù)和裝備等）,(3)“淮煤集團(tuán)”成功開發(fā)的煤與瓦斯無煤柱同采成套技術(shù)實(shí)現(xiàn)了瓦斯、沖擊地壓、煤與瓦斯突出以及火災(zāi)等重大事故一體化控制的新突破，相關(guān)技術(shù)包括： 回采工作面高效綜采綜放開采技術(shù)； 機(jī)械化巷旁充填錨網(wǎng)支護(hù)高效無煤柱留巷技術(shù)； 回采工作面前、后方瓦斯同時抽排和通風(fēng)系統(tǒng)一體化技術(shù)。 (4)“龍煤集團(tuán)”2000m海域海下三軟煤層綜放開采技術(shù)取得成功，相關(guān)技術(shù)包括:

26、 “三軟煤層”高效綜放開采技術(shù)； “三軟煤層” 煤巖巷道支護(hù)技術(shù)； 海下透水等重大事故預(yù)測和控制技術(shù)； 海下安全和生產(chǎn)裝備地面集中遙測、遙控自動化技術(shù)。,2.煤化工技術(shù)取得重大的突破 (1)煤的液化技術(shù)取得了突破（神華集團(tuán)已經(jīng)進(jìn)入工業(yè)化生產(chǎn)的 階段） (2)煤化工技術(shù)和產(chǎn)品（甲醇、乙烯、乙二醇、二甲醚、醋酸等） 將和我國的石油化工技術(shù)和產(chǎn)品成為我國化工市場的主力，取 得在世界上有影響的地位 3.煤炭開采的環(huán)境控制技術(shù)取得了重要成就 (1)開采沉陷控制技術(shù)取得了實(shí)用性突破（井下矸石充填的技術(shù) 和裝備 ），正在大面積推廣應(yīng)用中。 (2)開采伴生的廢棄物再利用技術(shù)（凝石技術(shù)）取得了重要突 破，已成功的進(jìn)入使用階段。 4.循環(huán)經(jīng)濟(jì)的示范區(qū)在各大礦區(qū)取得了實(shí)踐成果,煤炭資源開發(fā)中的問題,（1）安全生產(chǎn)情況不夠好，重大事故災(zāi)害還沒有從根本上得 到控制,近五年事故災(zāi)害工亡情況,中國煤炭2003年-2007年安全事故構(gòu)成分析,近七年重大事故發(fā)生情況,2001年-2007年重大事故與特大事故數(shù)據(jù)分析,67,20032008年我國煤礦事