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煤矿柔模复合材料支护安全高回收开采成套技术与装备
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  • 公布年份:
    2018
  • 中图分类:
    TD350.4
  • 关键词:
  • 成果简介:
    该项目属于矿山工程技术领域,主要应用于煤炭资源开发。 资源损失、环境损害和开采安全是煤炭开采领域的重大问题。采区预留煤柱造成资源损失约11%~23%;建(构)筑物及水体压煤数量巨大,采煤沉陷区累计达200万公顷以上;复杂条件巷道支护困难,顶板事故占比超过30%,严重制约复杂地层煤炭安全开采。为此,西安科技大学联合神华集团、潞安集团等12家单位,开展无煤柱开采巷旁支护、充填开采采空区支护和复杂条件巷道支护研究,经过10余年攻关,取得如下创新成果。 1.发明了煤矿柔模复合材料,创建了开采空间柔模复合材料支护体系。揭示了柔模复合材料承载机理,发明了由外部纤维布和内部结构筋组成的纺织结构柔模增强体,创造性地将柔模增强体与混凝土基体复合,形成了柔模复合材料。该材料具有脱水自密实和复杂结构自成型能力;构建了巷道、巷旁和采空区柔模复合材料支护结构;研发了柔模复合材料制备、输送、成型装备和工艺;制订了相关标准;建立了开采空间柔模复合材料支护体系。 2.发明了柔模混凝土巷旁支护的无煤柱开采技术。建立了巷旁支护“承载梁”理论模型,研发出柔模混凝土巷旁支护沿空留巷、沿空掘巷和沿空留回撤通道无煤柱开采技术。其特点是在巷旁建造柔模混凝土连续墙,支撑顶底板,封闭采空区,置换煤柱。发明了具有自动铺网、躲避锚头、挡矸切顶和遥控自移功能的沿空留巷围护装备,保障了巷旁作业安全和千万吨级矿井沿空留巷工作面快速推进。该技术创新了无煤柱开采方法。采区回采率提高了7%〜17%。 3.发明了复杂开采条件巷道柔模混凝土描碹支护技术。揭示了巷道柔模混凝土锚碹支护作用机理。发明了单层锚碹、双层可缩锚碹和管棚碹支护技术。该技术锚杆贯穿碹体,形成锚杆、碹体与围岩协同承载的新型锚碹支护结构,增强了锚杆的群体支护作用,提高了碹体稳定性。发明了锚杆固定柔模技术,增大了巷道作业空间。该技术破解了松软地层、大变形和采空区巷道的支护难题,与传统技术相比,碹体厚度减少约30%,施工速度提高3倍以上。 4.研发出柔模复合材料采空区支护的充填开采技术与装备。研发了柔模复合材料综采和巷采充填技术;研制出尾部带有铺模、夹模机构和充填工作间的综采充填支架,实现了回采与充填平行作业;创造性地利用柔模封闭采空区,对流态材料进行脱水。固化时间缩短25%以上,地表下沉系数降至0.015。该技术解决了流态充填不适合水平和俯斜开采难题,实现了充填开采的新突破。 该项目在内蒙、山西、宁夏等9个省区的51座煤矿推广应用。其中20座煤矿近3年来多回收煤炭575万吨,减少回采巷道48578m,新增销售额33.6亿元,新增利润15.58亿元。该项目授权发明专利10项、实用新型专利23项,获省部级一等奖3项,发表论文58篇,制订企业规范与标准12部。 该项目在煤矿复合材料、开采空间支护、安全高回收开采领域取得了重大突破,达到国际领先水平,显著推动了煤炭行业科技进步。
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