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1、地层加固法治理井壁破裂灾害技术为实现在不占用井筒和不干扰煤炭生产的条件下防、治井壁破裂灾害,开展本项目的研究。针对 矿井的地质条件,通过模拟试验首次获得了地层加固参数与井壁竖直附加力的关系,为地层加固工 程提供了设计依据和参数;利用先进的定向钻进技术和射孔注浆技术完成了地层加固工程,探索出 了表土地层地面壁后注浆的合理工艺;建立了井壁受力监测系统,开发出了井壁安全监测技术,首次 对注浆施工期间的井壁受力进行连续监测,获得了井壁受力的规律,实现了井壁受力超限报警,保证 了井壁的安全,指导了注浆工程的施工,为改进注浆工艺和参数提供了依据。本项目所采用的地层加 固参数确定方法、所探索出的合理注浆工艺
2、与技术、所开发的井壁安全监测技术这三者相结合,开辟 了一整套新的井壁破裂灾害治理技术 地层加固法。应用该技术,在不占用井筒和不干扰煤炭生 产的条件下,成功地治理了鲍店煤矿主副井井壁破裂灾害,保证了矿井的安全、正常生产。这对以后 防、治类似井壁破裂灾害有重要指导意义。破碎岩体渗流规律及其在煤矿突水防治中的应用技术本项研究属煤矿开采与安全技术领域,曾荣获国家科学技术进步二等奖。针对受煤矿采动影响 后的破碎岩体渗流特性与孔隙岩体(包括裂隙岩体)有着显著差异,其渗透系数可高出一般孔隙岩体 或裂隙岩体数个量级,渗流多为非Darcy流,易发生渗流突变并导致煤矿重大突水事故发生的特征, 将揭示采动破碎岩体渗
3、流与渗流突变机理作为开发煤矿突水防治技术的理论基础,系统研究了煤炭 开采过程中采动破碎岩体渗流与渗流突变规律,建立了新的煤矿突水防治技术原理和方法。 本项目既从理论上揭示了采动破碎岩体非线性渗流突变规律和成灾机理,又从原理和方法上开 发了煤矿突水防治新技术: 以采动岩体破断裂隙内渗流突变为突水判据,建立了采场顶、底板突水 预测预报新方法。采用优化采场设计和回采工艺以及对隔水关键层实施注浆加固等综合技术措施, 形成了新的采场顶、底板突水灾害防治的隔水保护层控制技术; 利用岩体、裂隙及水体的导电性差 异,探测采场顶、底板中隐伏含水裂隙带的分布范围,开发了煤矿含水裂隙带的井下电法探测技术, 为煤矿突
4、水危险性判别和突水防治提供了可靠的物探技术。 该项目形成了关于采动破碎岩体渗流突变导致的煤矿突水防治创新技术,推动了我国矿井灾害 防治理论和技术的发展,在煤矿采动破碎岩体渗流、渗流突变规律研究及煤矿突水防治技术开发方 面,取得了重大突破和创新,具有广阔的推广应用前景,经由煤矿安全及相关学科组成的专家委员会 鉴定,研究成果总体理论与技术水平达到国际领先水平。 现已在江苏天能、徐州、潞安、淮北、永城、大屯等矿区推广应用,取得了显著的经济和社会效 益。采煤工作面顶板离层水体防治方法研究到目前为止,所有关于煤矿水害的研究成果,都是有关常规突水(静水压突水)方面的成果。本 研究发现、并较系统、深入地研究
5、了一种新的煤矿突水类型 “ 动力突水 ” 。“ 研究在坚硬顶板条件 下离层水突水机理和防治技术方面达到了国际领先水平 ”(专家鉴定结论) ,其中科研课题“淮北矿 区整体结构顶板特大动力突水水害查治试验研究“获得2007年度中国煤炭工业科学技术奖一等奖。 研究通过现场地面和井下勘查工程、现场原位测试与监测、室内试验测试、模拟、理论分析计算621科技创新 煤 炭 工 程 2010年第8期 等勘查、测试、实验、模拟、计算技术手段,突破了6项关键核心技术,研究解决了一种新类型煤矿 突水 动力突水 “ 水源、通道、动力源、突水机理和水害防治技术 ”等5个关键问题。 坚硬顶板类型在我国大同、阜新、京西、新
6、汶、南桐、淮南、淮北等煤矿区及许多金属矿山存 在,在前苏联、波兰、印度、南非等国家也存在,随着矿山开采深度的增加,动力突水的可能性和危 害程度都在增加。本研究取得的 “ 动力突水 ”理论和防治技术创新成果,经生产实际应用,确保了 突水事故面安全恢复生产;并在类似条件的安徽、山东矿区25个采煤工作面成功推广应用,产生了 巨大的经济效益。成果将进一步在国内外坚硬顶板类型矿山开采水害防治得到应用,具有很高的推 广应用价值;技术市场需求空间大,国际市场竞争优势明显。矿井物探技术在煤矿防治水中的应用在矿井物探测技术研究方面,中国矿业大学不断深入理论基础研究,同时扩大应用规模,在实践 中逐步深化理论与技术
7、研究成果。先后承担国家自然科学基金、煤炭科学基金和原煤炭部科技发展 项目等纵向课题5项,横向科研和工程应用项目20余项。以解决煤矿防治水中的相关地质问题为重 点,着重解决了考虑巷道影响下的全空间电流场和全空间地震波场理论、矿井电法与矿井地震正演 模拟及解释方法、井下施工方法与技术等项研究中的技术难点,形成了 “ 以矿井直流电法和矿井瞬 变电磁法为重点,辅以矿井地震勘探、巷道微重力测量、井下放射性测量和巷道红外测温等技术综合 解决采场突水探测问题 ”的技术思想,探测区域从巷道扩大到采场和掘进迎头,建立了较为完整的 煤矿防治水矿井物探技术体系。煤矿防治水工作的实践表明,地下水补给源、导水通道和隔水
8、层稳定 性及其厚度大小是制约矿井突水的主要因素。因此,本项目确定 “ 底板岩溶发育情况调查、含隔水 层划分、断层及裂隙发育带等垂直导水通道探测 ”为矿井地球物理勘探的主要地质任务,并将矿井 地球物理勘探工作纳入采场顶、底板突水预测预报的统一体系下,充分考虑采动对采场突水的重要 影响,加强关键部位的动态监测,实现采动岩体力学分析、水文地质研究、矿井物探的有机结合,结 合开采方案设计,准确进行采场突水的短期和中期预报,最大限度地提高煤矿井下突水预测预报的 准确性。地面大型水体下采煤防治水技术研究中国矿业大学和义马煤业集团有限责任公司共同进行的 “ 小浪底水库下采煤防治水技术研究 ” 成果经中国煤炭
9、工业协会于2007年组织相关专家进行技术鉴定。鉴定结果认为:“ 该项目研究中的 第一有效隔水层分析、顶板导水裂隙带的发育规律的综合观测和测试方法以及库盆复杂水文地质条 件下安全开采评价模式的建立经国内外科技查新均未检到相似或相同的研究成果,使用的研究方法 和取得的成果在我国均属首次,达到了国际先进水平 ” 。 项目总体研究成果实现了小浪底水库蓄水、水头压力约达3MPa条件下的安全开采,项目试采14141、11201和14191等工作面,产出煤炭165万t,不仅缓解了生产接续紧张局面,而且给该矿井 带来了巨大的经济效益。以目前煤炭价格320元/t计算,已新增产值41956亿元,扣除成本204元/t,吨煤利润为100元,新增利润1165亿元。项目执行期内共产出煤炭415万t,以目前煤炭价格320 元/t计算,已新增产值13128亿元,扣除成本204元/t,吨煤利润为100元,新增利润41814亿元。 新安煤矿煤炭总储量2125亿t,面积5013km2,其中井田面积的40%位于小浪底水库淹没之下,约2117km2,总压煤达112亿t,按60%采出率计算,可采出原煤018亿t,以目前煤炭价格300元/t计 算,可新增产值达240亿元,可延长矿井服务年限57年。7212010年第8期 煤 炭 工 程 科技创新
