所属领域:采矿工程
成果简介:
1.成果的基本情况
西安科技大学煤矿支护研发中心王晓利教授创新团队自2002年开始就对我国煤矿的沿空留巷围岩活动机理、围岩控制技术、采区回采巷道布置系统、y型通风系统及留巷埋管瓦斯抽放技术进行了系统研究，目前此项技术已经成熟并在全国开始推广应用。柔模混凝土沿空留巷安全开采成套技术在神华集团神东公司、神华宁煤集团、神华乌海能源公司、冀中能源峰峰集团、冀中能源邯郸矿业集团、陕煤集团、山西潞安矿业集团、河南神火集团、贵州六枝工矿集团、山西金晖煤焦化工集团和山西宏源煤业集团等单位的30多个煤矿的薄煤层、中厚煤层、厚煤层和综放特厚煤层沿空留巷无煤柱安全开采项目中进行了成功应用，取得了良好的技术经济和社会效益。该成果经中国煤炭工业协会和河北省科技厅鉴定为国际领先，获中国煤炭工业协会科学技术二等奖和河北省科技进步三等奖。
图1柔模泵注混凝土沿空留巷效果
2.主要技术特点
（1）柔模具有如下特征：柔性且自成形、透水不透浆、强度高、重量轻、一次性不回收、安装方便，挂设3m长度柔模时间需10-15分钟。
（2）柔模混凝土具有如下特征：①凝结时间和强度可调，其1、2、3、7、28天抗压强度分别可达10、20、25、30和35mpa以上，强度增长与矿压规律相适应；②混凝土入模自流平、自密实，免去了振捣工序，简化了施工工艺；③具有高可泵性，不离析不泌水，可适应井下复杂高程变化远距离泵送施工；④原材料来源广泛，价格低廉；⑤纤维柔模包裹其内部的混凝土，在泵压及自重侧压力作用，对混凝土表面形成约束力，提高了混凝土的抗拉、抗压强度及韧性。
（3）柔模混凝土在泵压作用下强制接顶，密闭性高；
（4）自主研发柔模混凝土制备输送机组，集成创新了井下机械化上料、连续搅拌和混凝土泵送功能；柔模泵注混凝土施工工艺具有施工简单，劳动强度低，施工效率高的特点。
（5）柔模混凝土沿空留巷施工速度快，2m采高煤层，单套设备施工速度可达14-20m/8小时。
（6）利用相邻工作面开切眼和顺槽，实现沿空留巷无煤柱开采工作面y型通风；在留巷墙体上预埋瓦斯抽放管（抽排水管），持续抽放采空区卸压瓦斯（抽排采空区积水），在留巷顶板或底板打抽放钻孔，抽放上层或下层煤层瓦斯，确保安全开采。
（7）在多次应用研究的基础上，深入分析了沿空留巷的围岩活动规律，建立了柔模混凝土沿空留巷承载梁力学模型，据此进行沿空留巷支护设计。
3.应用范围
柔模混凝土沿空留巷安全开采成套技术已应用范围如下：
（1）1m～5.2m煤层沿空留巷；
（2）6m综放煤层沿空留巷；
（3）高瓦斯煤层沿空留巷；
（4）50m～900m埋深煤层沿空留巷；
（5）切眼沿空留巷；
（6）回撤通道沿空留巷；
（7）日推采14-20m条件下沿空留巷。
4.市场需求及经济效益分析
（1）市场需求
我国是世界第一产煤大国，煤炭产量占世界煤炭年产量的46%；同时煤炭又是我国的主体能源，在一次能源结构中占70%左右，在未来相当长时期内，煤炭作为我国主体能源的地位不会改变。
美国、澳大利亚、德国和加拿大等发达国家，煤炭资源回收率能达到80%左右，他们每采1吨煤只消耗1.2~1.3吨资源。平均而言，我国的煤炭资源回收率只有30%，不到国际先进水平的一半。因此，中国煤炭资源的开发和利用方式难以支撑经济社会长远发展。
经过几十年的不懈努力，我国煤矿每年发生灾害的次数及因灾死亡人数都在不断下降，但每年发生的矿井灾害仍然不断。2012年我国煤炭总产量36.5亿吨，百万吨死亡率仍高达0.374，是美国的10倍，安全生产形势严峻。
柔模泵注混凝土沿空留巷无煤柱安全开采技术可以提高煤炭资源的回收率，实现煤炭资源完全开采；可以避免上隅角瓦斯超限事故，在留巷内埋管抽排采空区积水，最大限度地减少采空区遗煤，实现工作面安全开采。因此该项成果符合社会发展潮流，满足行业对技术的需求，具有广阔的市场和应用前景。
（2）效益分析
①少掘巷道，降低巷道掘进率，缓解矿井采掘矛盾；②取消护巷煤柱，提高煤炭资源回收率，延长矿井服务年限；③改善矿井安全生产条件；④改善矿井生产技术条件，变跳采为连续开采，有利于生产的集中化；⑤没有煤柱影响区的应力集中，煤与瓦斯突出危险威胁消除，被保护层巷道维护容易；⑥y型通风条件下采煤工作面可以降温3～5℃，有效解决深井开采的热害问题；⑦留巷埋管瓦斯抽放代替了钻孔卸压抽放和顶底板的高、低抽放岩巷，少打钻和少掘岩巷效益显著；⑧留巷埋管抽放的高浓度卸压瓦斯可以直接在地面用来燃烧、发电等，降低空气中的有害气体浓度，实现了节能减排。
合作方式:合作开发 技术服务
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联系人：王晓利 王惠君
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