[01204484]煤矿简约智能短壁膏体连采连充关键技术与工程实践

课题依国家自然科学基金面上项目“深部下组煤柔性充填开采防治高承压突水机理研究”（51574159）、中国博士后基金项目“深部柔性充填开采防治高承压突水基础研究”（2015M572068）、中国博士后第九批特别资助基金项目“短壁连采部分充填防治底板突水机理研究”（2016T90662）、山东省自然科学基金面上项目“深部高承压水上膏体充填开采防治底板突水机理研究”（ZR2014EEM001）、山东省重点研发计划项目“建（构）筑物下遗留条带煤柱充填置换开采覆岩与地表移动变形机理研究”（ 2018GSF116002）、等纵向课题,同时结合山东能源淄矿集团岱庄煤矿“条带煤柱置换开采覆岩及地表沉陷规律研究”、“2351工作面膏体充填管道压力在线监测与预警系统研发”、“膏体充填高性能充填物料输送技术研究”、淄博市张店区沣水镇张赵煤矿“102采区10煤尾砂膏体充填关键技术研究”、内蒙古裕兴矿业有限公司“11601连采连充工作面充填开采方案设计及首采试采工作报告”、内蒙古伊泰同达有限公司丁家渠煤矿“包俯公路压覆资源短壁膏体连采连充方案设计”、 山西省长治市新建煤业有限公司“村庄等建（构）筑物下充填开采方案设计”、 龙煤集团七台河矿业有限公司龙湖煤矿“工广保安煤柱充填开采方案设计””等二十几项横向课题,在深入分析目前煤矿开采技术体系（壁式体系、柱式体系）“三机配套”、工作面通风、长壁膏体充填开采材料、采充工艺的基础上,采用现场调研、理论分析、工艺分析及设备选型、现场实测等综合手段,提出了煤矿简约智能膏体连采连充设计方法及关键配套技术并进行了工程实践。 主要研究内容如下： （1）提出了地表不同受护对的五种短壁膏体连采连充设计方法及“三机”配套 基于长壁工作面的全负压通风、短壁开采采掘一体和膏体充填工艺优缺点及地表不同受护对象保护等级的基础上,提出了短壁膏体连采连充、旺采连充、采-充部分充填、采-充-留等五种方式;短壁工作面走向布置,支巷倾向开采,通过设计专门的顺槽连巷（切眼功能）、带调节风窗的风门和选择满足采、充工艺要求的局部扇风机,实现了工作面全负压通风和两个安全出口的设计,同时优化了支巷宽度和长度;提出了短壁连采连充采-充程序和步骤、采-充工艺、主要配套设备及相应的顶板控制技术。 （2）建立了基于地表受护对象临界变形指标的短壁膏体充填等价采厚预计方法 建立了地表不同沉陷形态、建（构）筑物不同结构形式受开采影响的因子及主控因素指标体系,研究了不同充填率、地表下沉系数、建筑物保护等级、充填成本及效率之间的关系;基于地表不同受护对象保护等级及临界变形指标,提出了考虑充填前顶板下沉量、充填体未接顶量、充填体最终压缩量、底板底鼓量等因素的充填等价采厚预计方法,基于等价采厚与建（构）筑物临界设防指标和概率积分法极值预计原理反演得到该地质采矿条件等价开采厚度垮落法开采等价开采厚度M0及综合考虑上述各影响因素的最大等价采厚Ma,合理确定该地质采矿条件下最小充实率。 （3）提出了简约智能膏体充填工艺并研发了配套设备 提出了煤矿简约智能短壁膏体连采连充工艺、建站模式及设备配套,针对长距离充填管道易堵管、难清洗、等问题,研制了充填泵自动换向阀、管路自动伸缩阀、干线管排污阀、管道流量调节阀、管路自动切换阀、堵管卸料阀门、管路自动清洗阀、管道压力在线监测预警系统、满管自流清洗系统、充填体在线监测系统等,同时提出了短壁膏体连采连充快速掘进、支巷快速采掘、三岔门安全控制配套技术。 煤矿简约智能短壁膏体连采连充关键技术与工程实践”经过近10年的研究,在煤炭充填开采国家工程实验室、充填开采技术研究所及课题组成员的全体共同努力下,获得发明及实用新型专利12项,发表学术论文30余篇,出版学术专著3部,煤矿简约智能短壁膏体连采连充设计方法及关键配套技术在全国近10个煤矿得到了推广应用。