[01389686]煤矿岩层柔模支护控制高效开采成套技术研发及应用

1、课题来源与背景：为自选项目基础研发,横向项目应用研究。目前,我国煤炭资源矿区回收率仅为40%左右,煤炭损失主要包括煤柱、“三下”压煤和赋存条件复杂难以开采的煤炭;同时,瓦斯与顶板事故易发,给矿井安全带来威胁。为了提高煤炭回收率,实现安全高效开采,西安科技大学联合神华神东集团等11家单位进行该项目研究。 2、技术原理及性能指标：本课题是利用柔模新技术、新设备、新工艺高效开采煤炭资源,包括： ①利用柔模混凝土连续墙作巷旁支护,实现沿空留巷或沿空掘巷无煤柱开采,回收生产过程中遗留的煤炭; ②在充填支架的配合下,利用柔模封闭采空区,向柔模内充填流体或膏体材料,充填体支撑上覆岩层,开采“三下”煤炭; ③利用柔模混凝土锚碹支护结构,支护复杂条件井巷,为开采赋存条件复杂煤层提供安全通道; ④在废弃矿井中利用柔模锚碹支护技术在采空区筑巷,或采用柔模沿空掘巷技术开拓巷道,并对采空区充填和有害气体抽放,然后复采回收煤炭。 该项目关键技术为柔模。柔模由纤维材料织造缝制而成,形状为封闭的长方体,其上有微孔,连接有自闭灌注口、限位孔、拉筋和翼缘,具有高强、柔性、自成形、透水不漏浆和阻燃防静电功能。柔模内注入的混凝土形成柔模混凝土,柔模混凝土可实现大水灰比输送小水灰比硬化,且具有早强特性;具有自密实特性,免去振捣工艺;采用纤维柔模包裹混凝土,低龄期承载破坏的裂隙具有自愈能力,初凝前压缩量可达30%以上,硬化后变形量可达5-10%,可与矿山压力变化相适应。柔模混凝土制备输送机组是柔模无煤柱开采技术与柔模混凝土井巷支护技术配套的关键设备：包括地面制备混合系统、运输系统、井下混凝土上料机、井下混凝土制备机、井下混凝土泵。柔模特种支架包括柔模留巷支架和柔模充填支架。留巷支架包括留巷端头支架和采空区多功能支架,端头支架实现了机械化架后铺网及保护巷内锚索,采空区多功能支架实现了机械化挡矸、安装柔模、切顶、自移、纠偏及遥控,柔模留巷支架给作业人员创造了支架围护空间,安全性高,适应日推采5-15m条件下留巷需要;柔模充填支架通过架尾挡墙和柔模封闭采空区,解决了采空区封闭和脱水难题。以上材料、设备分别应用于无煤柱开采、充填开采、井巷支护中,形成了柔模无煤柱开采技术、柔模充填开采技术及柔模锚碹支护技术。 3、技术的创造性与先进性： （1）柔模：研制的柔性支护结构及材料,具有高强、柔性、自成形、透水不透浆和阻燃防静电等功能,其重量轻,安装方便,施工工艺简单、速度快,为井巷支护、无煤柱开采及充填开采提供了一种新的手段。 （2）柔模混凝土：开发的柔模混凝土具有大水灰比远距离输送、小水灰比硬化、早强、大变形及自愈合的能力,强度增长与矿压变化相适应,比普通混凝土更为适合井下支护。 （3）柔模支护装备及作业线：开发了柔模混凝土制备输送系统、充填支架、铺网支架和挡矸切顶支架等装备,实现了井下柔模支护的混凝土的连续机械化施工,创建的柔模混凝土施工作业线,施工工艺简单,速度快,适应煤矿高产高效和快速施工要求。 （4）柔模无煤柱开采技术：柔模无煤柱开采采用柔模混凝土连续墙作巷旁支护,用柔模混凝土制备输送机组输送混凝土,满足了沿空巷道高地压、大变形及快速施工要求,且封闭性高,可应用于不同工程地质条件及高瓦斯矿井无煤柱开采。 （5）柔模充填开采技术：开发的柔模充填开采技术利用充填支架尾部铺模装置沿采空区顶底板分别铺设两层相连柔模,并用充填支架尾部夹持机构将柔模封闭,将流体充填材料注入柔模,解决了采空区封闭与脱水难题。 （6）柔模锚碹支护技术：柔模井巷支护技术首次在煤矿中采用锚杆悬吊模板,作业空间大,便于大型设备施工;实现了锚碹联合支护,碹体与围岩通过锚杆连接,刚柔结合,共同变形承载,支护结构更加稳定安全。 （7）柔模支护理论：提出了柔模支护结构承载的理论,以及在无煤柱开采、充填开采、锚碹支护等方面的应用,建立了相应的力学模型,给出了相应的计算公式。 该项目共获得发明专利6项,适用新型12项。 4、技术的成熟程度,适用范围和安全性：煤矿岩层柔模支护高效开采成套技术已在全国30余项煤矿工程实现了工业化应用,技术成熟。柔模无煤柱开采技术适用不同地质工程条件及高瓦斯矿井。柔模充填开采技术适用顶板条件中等稳定的水平开采、仰采、俯采。柔模井巷支护技术适用松软地层井巷、软岩巷道、大巷、回采巷道等。实施30余工程中未发生安全事故。 5、应用情况及存在的问题： 该项目已成功应用于神华神东、神华宁煤、陕西煤化工、山西潞安、冀中能源峰峰集团、河南神火集团、神华乌海能源等单位30余个工程中。柔模无煤柱开采已在20个煤矿得到成功应用。柔模充填开采技术已成功应用于陕北风积沙柔模机械化充填项目。柔模井巷支护技术已成功应用于软土长大斜井快速支护、复杂环境水患软岩回采巷道支护、主水仓支护等5个工程项目。 6、历年获奖情况：无。