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1、涂 敏 教授 博士,安徽理工大学 电话:0554-6668736(O) ;手机: 13500571668 E-mail: ,采矿新技术讲座,现代化矿井安全生产保障技术,主要内容,实现矿井高效、安全生产是一项大的系统工程。需要建立矿井地质、综采设备、矿井提升、运输、安全、一通三防等保障系统。 4.1 矿井地质保障系统 一井一面（二面）矿井建立地质保障系统的重要性。 坚硬顶板条件 大断层 岩溶陷落柱 构造异常区域 开采前及开采过程，准确查明煤层赋存特征和地质构造，为矿井生产提供可靠、正确决策的依据。 对于采区的合理布置、主要巷道的开掘、综采工作面地质条件预测等，对保障矿井安全高效生产起到了重要作用
2、。,现代化矿井安全生产保障技术,陷落柱突水实例,开滦范各庄煤矿2171 工作面发生特大陷落柱突水, 造成全矿被淹，最大突水量达2053 m3/min，为目前世界上水量最大的突水。,陷落柱,富含水层,工作面,采动裂隙直接导通含水层突水实例,广东兴宁大兴煤矿，下层煤开采时，采动裂隙扩展破坏了上层煤开采所留设的防水煤柱，导致特大突水，死亡123人。,含水层,上工作面,下工作面,煤柱,采动裂隙,4.2 综采设备保障系统 以计算机为核心的工况监测与故障诊断系统已成为大功率、高效率综采设备的一个主要特点。 采煤机的远程故障诊断系统； 工作面输送机的计算机故障诊断系统； 电液控制的高工作阻力液压支架。,采场
3、矿压灾害事故实例分析,矿压灾害控制与液压支架选型,顶板来压液压支架压死； 立柱折断、顶梁开缝、立柱洞穿顶梁； 工作面架前煤壁垮落，顶板开裂、溃砂溃水，工作面被掩埋。,采场覆岩关键层的破断与运动向下直接影响到采场（支架）； 上直接影响到地表。,液压支架设计的技术原则： “短块砌体梁”理论,（1）采用强力掩护式液压支架：支架工作阻力应能承担其控制区内直接顶重量和阻止老顶关键块滑落失稳。 （2）加大顶梁前端支护力：浅埋深工作面顶板基岩沿全厚度切落。,典型,一般,覆岩运动范围大，下至直接影响到采场（支架），上至影响到地表。 覆岩具有弱胶结特性，破断后岩块的长高比较小，称为“短块砌体梁”。 块体铰接处极
4、易脱“铰”，而产生上下错动，滑动失稳。 提供足够支护力防止关键块体沿煤壁整体切落，支架和顶板结构共同作用来平衡顶板的滑落失稳。,根据矿压规律分析和计算采场支架的最大工作阻力需大于6700 kN，才能承受最大采场来压。,4.3 “一通三防”保障系统 （1）瓦斯防治技术 采前预抽；边采边抽；采空区抽采。 顶板钻孔、顺层钻孔、高抽巷、开采解放层卸压抽采、临近层抽放、采空区抽采、地面钻井抽采等技术。 （2）粉尘防治技术 尘源及粉尘浓度分布；粉尘综合治理。 （3）防灭火技术 基础性防火措施；专项防火措施。,采动覆岩结构运动与采动裂隙演化示意图,技术应用范围： 地面钻井抽采瓦斯 离层注浆减沉 井下钻孔抽采
5、瓦斯,采动卸压原理,倾向高抽巷,倾向穿层孔,顶板走向孔,地面钻井,底板巷,穿层钻孔,下保护层开采对上覆煤层开采的动态影响,开采范围； 煤层层间距与卸压效果； 煤柱留设； 采动裂隙动态发育。,冒落带: 顶板最大冒落带高度13.6 m，为采高4倍，岩石垮落不规则。,裂隙带：发育高度约为采高的17.2倍，在采空侧下位顶板裂隙明显， 058.7m范围内裂隙互相沟通，58.7m以上顶板岩层也有裂隙发育，但互相不沟通；裂隙呈偏向采空区方向50左右向上发育。,弯曲下沉带：位于裂隙带之上，采动裂隙与下部采空区未沟通。,25,卸压应力分带,26,从卸压应力分布观点看，岩层的垮落、自然充填的支撑和压实等作用，在采
6、空区上方的横向方向上形成“四带”。 应力集中带、初始卸压带、充分卸压带和应力恢复带。,采空侧顶板应力分布分为增压区、卸压区、卸压稳定区 采空侧顶板竖向裂隙发育区呈向偏采空区发展。右边界以50，左边界为采动影响边界线，与煤层底板夹角为110。,采空侧裂隙发育区,采动冒落顶部空隙区,采场空间采空区上部发育的空隙区呈”O”型，采空区的游离瓦斯上浮，聚集于该区。,卸压开采采空侧顶板裂隙演化持征,28,顶板裂隙带中竖向发育区,离层裂隙和竖向破断裂隙发育，横向和竖向裂隙贯通，并采动冒落顶部空隙区相连通 。,29,卸压开采采空侧顶板裂隙演化持征,采动远程卸压增透区,煤体中离层裂隙为主，煤层的透气性显著增加。
7、,远程卸压煤层与首采卸压层中间具有致密隔气性较好的泥岩，远程煤层中的高压煤层气不能通过中间卸压层流入首采关键卸压层的采动空间。,30,卸压开采远程卸压煤层裂隙演化持征,采场顶板瓦斯富集区,顶板竖向裂隙瓦斯富集区,远程卸压煤层瓦斯富集区,采场空间瓦斯富集区确定,采场顶板瓦斯富集区,32,下煤层开采时，在采空区侧顶板偏采空区方向存在环形裂隙发育区。 垂直煤层顶板向上815m，向采空区方向030m，裂隙充分发育区，为高浓度瓦斯富集区。,顶板竖向裂隙瓦斯富集区,33,竖向裂隙发育区内离层裂隙和竖向破断裂隙发育，并与采动冒落顶部空隙区相连通。 瓦斯卸压、解吸后，由于瓦斯升浮移动和渗流，本煤层的瓦斯沿裂隙
8、通道汇集到顶板竖向裂隙充分发育区内，形成卸压瓦斯积存库。,远程卸压煤层瓦斯富集区,34,远程卸压煤层中的富含瓦斯储集在煤层中，卸压瓦斯可抽性好。因此，可利用斜上向穿层抽采钻孔，把钻孔布置在远程煤层卸压区内，可长期连续抽采卸压瓦斯，且能够获得理想的抽采效果。,卸压抽采钻井布置方法,将卸压瓦斯抽采钻井布置在卸压膨胀裂隙发育区，可以保证钻井有长时间的、大范围的、较高的卸压瓦斯抽采率。,地面抽采钻井,卸压抽采煤层气条件：留巷、煤巷或底板岩石巷道,顶板斜上向穿层高位长钻孔,顶板斜上向竖向裂隙区低位穿层钻孔,卸压瓦斯抽采孔布置方法,36,采矿新技术煤气共采.swf,实例：卸压瓦斯抽采钻井平面布置,37,1#钻井,38,4钻井,39,水平钻井,40,5钻井,2、3、6钻井,41,
