[01051954]建筑物下安全高效综合机械化充填开采技术研究

河北是煤炭消费大省，煤炭生产造成大面积地面沉陷和大量矸石外排，污染周边空气和水体，破坏了生态环境。采空区的存在，给煤矿带来了瓦斯积聚，自燃发火和承压水突出的潜在危害。“建筑物下安全高效综合机械化充填开采技术研究”课题，就是通过研究矿压理论，创新一种采煤技术，实现建下煤炭规模化安全开采，保护土地，保护环境，用最小的生态扰动获取煤炭资源，改变煤炭行业形象，使煤矿走低碳生态矿山建设的道路。技术内容与科技创新：1、充填开采矿压理论的建立。利用煤壁、支架和充填体对直接顶的不间断接力支护，满足顶板控制的两个条件，限制直接顶变形，使直接顶转变为基本顶，改变矿山压力岩梁传递作用岩层，从而控制矿压显现，达到在采煤过程中控制地表下沉的目的。2、推压密实充填装备的研究。首创了大垂深投料系统和关键设备，满足充填量需要。首创了具有完全自主知识产权的充填开采液压支架，支架后底部装有强有力的推压装置，推压力达78吨，将充填体推压密实，迅速支撑顶板。这是充填开采成功的关键。研制了悬挂在支架后部的充填材料输送机和自移式转载机。3、采-充平行作业的充填采煤工艺。充填材料经大垂深投料系统，运到支架后部的充填输送机，投放到采空区，并进行推压密实。充填工艺实现了采煤、充填在空间上分开，时间上平行，形成了规模化开采，具备了年百万吨生产能力。该课题创造了一种全新的充填采煤技术。具有三大技术创新点：通过理论研究和矿压监测，掌握了充填采煤矿压显现规律,创立了充填采煤矿压控制理论；获得1项发明专利。研制出拥有自主知识产权的充填采煤综合机械化成套装备；取得实用新型专利4项，企业专有技术2项。掌握了采-充高效平行作业途径，创建了高标准、规模化充填采煤方法。取得企业专有技术1项。经济与社会效益：仅邢台矿已充填开采三个工作面：采出建下煤炭资源49.76万吨，充填矸石粉煤灰54.8万吨，采空区充填压实率达97%以上，地面沉降小于50mm，使邢台矿5800万吨建下压煤资源得到解放，可延长矿井服务年限30年。近3年新增利润3.27亿元。建下充填采煤技术成功应用，解放了全国上百亿吨建下资源，尤其是该省32亿吨建下压煤的规模化开采，将会对该省经济建设提供能源支持。充填采煤提高了资源回收率，延长了矿井服务年限；实现了利用固体废弃物置换煤炭资源，保护了环境；提高了煤矿开采的安全程度；引领了煤炭行业科技进步，为煤炭行业建设低碳生态矿山提供了技术支撑。该项目已在邢台矿、邢东矿、东庞矿、葛泉矿等矿井得到推广应用；近三年安全开采建下煤炭资源137.8万吨。该项目不仅用于建下压煤开采，对矿区生态环境的可控与再造的意义也十分重大，具有广阔的推广应用前景。