煤礦新技術(shù)-綜采工作面塊煤開(kāi)采技術(shù)課件

綜合機(jī)械化采煤

塊煤開(kāi)采技術(shù)中國(guó)煤炭開(kāi)采現(xiàn)狀世界采礦方法現(xiàn)狀塊煤開(kāi)采技術(shù)中國(guó)煤炭開(kāi)采現(xiàn)狀中國(guó)煤炭資源的開(kāi)采現(xiàn)狀

中國(guó)煤炭資源分布面廣，全國(guó)2100多個(gè)縣中，煤炭開(kāi)采的就有1100多個(gè)，占60％左右。

煤炭資源的分布區(qū)域，華北最多，占全國(guó)儲(chǔ)量49.25％，其次為西北地區(qū)，占全國(guó)的30.39％，依次為西南地區(qū)，占8.64％，華東地區(qū)占5.7％，中南地區(qū)，占3.06％，東北地區(qū)，占2.97％。

山西、內(nèi)蒙、陜西、新疆、貴州和寧夏6省區(qū)最多，這6省的保有儲(chǔ)量約占全國(guó)的81.6％。國(guó)家級(jí)煤炭開(kāi)發(fā)基地規(guī)劃國(guó)家級(jí)：神東、黃隴、寧東、陜北、蒙東（東北）、晉北、晉東、云貴、河南、魯西、晉中、兩淮、冀中等13個(gè)規(guī)劃基地，含98個(gè)礦區(qū)，分布在全國(guó)14個(gè)省，總面積28.71萬(wàn)平方公里，含煤面積20.45萬(wàn)平方公里。2010年末，保有資源儲(chǔ)量1.34萬(wàn)億噸，動(dòng)力煤8477.31億噸，占全國(guó)保有資源儲(chǔ)量85%。已生產(chǎn)礦井和在建礦井2058.61億噸，占基地保有儲(chǔ)量的24.3%。其中，動(dòng)力煤6102.7億噸，占72%，煉焦用煤1361.2億噸，占16.1%，無(wú)煙煤1013.4億噸，占11.9%。1、神東基地2、陜北基地3、黃隴基地4、晉北基地5、晉中基地6、晉東基地7、蒙東基地8、兩淮基地9、魯西基地10、河南基地11、冀中基地12、云貴基地13、寧東基地全國(guó)十三個(gè)億噸級(jí)煤炭基地世界采礦方法現(xiàn)狀采礦工程地下開(kāi)采露天開(kāi)采海洋開(kāi)采特殊采礦非金屬礦地下開(kāi)采煤炭地下開(kāi)采水溶采礦熱液采礦溶浸采礦煤及油母頁(yè)巖地下氣化油氣田與石油開(kāi)采鹽湖礦床開(kāi)采飾面石材開(kāi)采海底基巖礦床開(kāi)采海水化學(xué)元素提取海底熱液礦床開(kāi)采海底錳結(jié)核開(kāi)采海底砂礦開(kāi)采沙礦床露天開(kāi)采固體礦床露天開(kāi)采金屬礦地下開(kāi)采

全球礦山資源開(kāi)采的基本類(lèi)型地下采煤采煤方法概念—是采煤系統(tǒng)與采煤工藝的綜合及其在時(shí)間和空間上的配合回采巷道掘進(jìn)和回采工作之間在時(shí)間上的配合以及在空間上的相互位置關(guān)系在采煤工作面內(nèi)，按照一定順序完成各項(xiàng)工序的方法及其配合現(xiàn)代短壁機(jī)械化開(kāi)采技術(shù)的成功應(yīng)用，逐漸引起大家的關(guān)注塊煤開(kāi)采技術(shù)塊煤開(kāi)采技術(shù)定義塊煤開(kāi)采技術(shù)是在現(xiàn)有的開(kāi)采系統(tǒng)和開(kāi)采工藝條件下，通過(guò)采煤設(shè)備改進(jìn)、采煤工藝優(yōu)化、煤壁壓力支護(hù)、煤層預(yù)裂等工藝提高工作面塊煤生產(chǎn)比重的采煤方法。塊煤率指的是工作面原煤生產(chǎn)中塊煤所占的比重。目錄研究基礎(chǔ)條件3塊煤開(kāi)采現(xiàn)狀1塊煤開(kāi)采方法2一、塊煤開(kāi)采現(xiàn)狀由于塊煤生產(chǎn)受煤層自身強(qiáng)度、地質(zhì)條件、采煤工藝、轉(zhuǎn)載過(guò)程等諸多因素影響，產(chǎn)量只占原煤總產(chǎn)量的10%~30%左右。在煤炭運(yùn)輸過(guò)程中，由于轉(zhuǎn)載點(diǎn)落差和落煤方式不同，造成塊煤跌落時(shí)相互碰撞沖擊，使塊煤損失嚴(yán)重，塊煤率在運(yùn)輸過(guò)程中下降20%~30%以上。因此現(xiàn)有綜采工作面開(kāi)采工藝條件下造成煤體過(guò)度粉碎，全礦井的塊煤生產(chǎn)率低下。據(jù)統(tǒng)計(jì)，現(xiàn)有煤礦全礦的塊煤生產(chǎn)率不到15%，粉煤生產(chǎn)率為85%左右。市場(chǎng)表現(xiàn)：粉煤價(jià)格最低，塊煤價(jià)格是粉煤的2倍以上，市場(chǎng)銷(xiāo)售前景好，且不同規(guī)格的塊煤價(jià)格差價(jià)在100~150元/t，詳見(jiàn)原煤銷(xiāo)售價(jià)格表。一、塊煤開(kāi)采現(xiàn)狀晉煤集團(tuán)古書(shū)院礦通過(guò)控制吃刀量、滾筒改造、選擇采煤機(jī)不同的開(kāi)采方法增加塊率。晉城煤業(yè)集團(tuán)以粒徑25~80mm塊煤產(chǎn)品銷(xiāo)路最好,最有競(jìng)爭(zhēng)優(yōu)勢(shì),價(jià)格也最高。吃刀量50mm左右產(chǎn)生的塊率較高,這正符合商品塊煤的要求。近幾年,國(guó)內(nèi)煤炭市場(chǎng)價(jià)格總體水平經(jīng)歷了下降→趨穩(wěn)→回升。煤炭產(chǎn)量由降轉(zhuǎn)升。塊煤市場(chǎng)呈現(xiàn)供不應(yīng)求的趨勢(shì),各煤礦增大了對(duì)提高塊煤率技術(shù)的研究。根據(jù)不同的煤層條件各礦采取的措施也各有側(cè)重。一、塊煤開(kāi)采現(xiàn)狀晉煤集團(tuán)王臺(tái)鋪礦針對(duì)造成塊率損失的主要環(huán)節(jié)和原因,著力于在原煤入洗上下功夫,他們通過(guò)提高煤炭入洗上限,提高篩分效率,降低原煤末煤,不斷改善煤炭貯、裝、運(yùn)條件,完善洗選工藝,提高分選效果等措施,使煤炭原煤塊率得到較大提高,取得了顯著的經(jīng)濟(jì)效益。一、塊煤開(kāi)采現(xiàn)狀永煤集團(tuán)通過(guò)采取降低滾筒轉(zhuǎn)速、改變滾筒截齒數(shù)量、改雙向割煤為單向割煤和降低液壓支架支護(hù)強(qiáng)度等方法，塊煤率有較大幅度提高，配合運(yùn)輸?shù)拳h(huán)節(jié)的防破碎措施，綜合塊煤率提高一倍。晉城晉普山煤礦利用在大煤倉(cāng)中安裝的可伸縮小煤倉(cāng)來(lái)解決煤倉(cāng)高落差問(wèn)題從而降低塊煤損耗,小煤倉(cāng)投入使用后,原煤經(jīng)溜煤眼中轉(zhuǎn),塊煤率損耗平均為4.6個(gè)百分點(diǎn),比原來(lái)降低了5.2個(gè)百分點(diǎn),效果十分理想。一、塊煤開(kāi)采現(xiàn)狀永煤順和煤礦采用深孔松動(dòng)爆破法協(xié)同采煤機(jī)破煤，增大了煤體破碎力度，同時(shí)減少煤體破碎塊度。通過(guò)采取調(diào)整滾筒牽引速度、改變滾筒截齒配置類(lèi)型及型號(hào)、改雙向割煤為單向割煤、調(diào)整工作面傾斜角度和加強(qiáng)運(yùn)輸環(huán)節(jié)的管理等方法，塊煤率有較大幅度提高。陽(yáng)煤集團(tuán)針對(duì)市場(chǎng)需求，利用聚能定向斷裂控制爆破技術(shù)，提高了塊炭率。磁窯堡煤礦，通過(guò)優(yōu)化巷道布置，優(yōu)化采掘工作面爆破參數(shù)，改造運(yùn)輸環(huán)節(jié)等，使塊煤率由平均32.43%提高到46.49%。一、塊煤開(kāi)采現(xiàn)狀土耳其tire地區(qū)的煤礦和英國(guó)LongAirdox股份有限公司合作，采用該公司的利用液態(tài)CO2代替炸藥的改進(jìn)型卡多克斯(Cardox)法，這種氣體爆破法使用起來(lái)與傳統(tǒng)爆破非常相似，能夠在瞬間釋放出大量的高壓氣體，使用結(jié)果證明，該項(xiàng)技術(shù)既能提高產(chǎn)量，又使粉煤量少于10%。大塊煤產(chǎn)量增加，粉煤量減少，大大提高了產(chǎn)品質(zhì)量，增加了效益，還帶來(lái)更安全的工作條件。二、塊煤開(kāi)采方法綜合國(guó)內(nèi)外現(xiàn)狀可見(jiàn)：影響綜采工作面塊煤率的因素很多,提高塊煤率的方法也多種多樣。目前比較常見(jiàn)的方法主要是：1)、采煤設(shè)備的改進(jìn)2)、采煤工藝的優(yōu)化3)、煤壁壓力的利用4)、煤層的預(yù)裂改造1)、采煤設(shè)備的優(yōu)化1）減少截齒數(shù)量

地質(zhì)條件允許的條件下，減少截齒數(shù)量是提高塊煤率的有效途徑.截齒的安裝數(shù)量應(yīng)根據(jù)煤質(zhì)情況來(lái)確定。對(duì)于截割性能好的煤層,截齒的安裝數(shù)量一般按6~10個(gè)/n安裝,反之則應(yīng)按10~16個(gè)/n較為適宜。截齒的安裝尺寸則應(yīng)根據(jù)脆性煤和粘性煤的性能來(lái)選取。截齒性能的好壞直接影響煤的塊度。2）截齒采用棋盤(pán)式排列滾筒截齒排列的方式大致分為順序式排列和棋盤(pán)式排列。棋盤(pán)式排列在進(jìn)刀方向上截割,兩相鄰截槽已先截出,形成的截槽兩側(cè)對(duì)稱(chēng),切屑厚度大,截獲的塊度和塊率比順序式提高近1倍,粉塵量明顯減少。1)、采煤設(shè)備的優(yōu)化（3）合理地選擇采煤機(jī)滾筒直徑選擇直徑大一些滾筒,有利于降低臨界轉(zhuǎn)速,提高裝煤效果,但直徑過(guò)大時(shí),會(huì)增加能耗,減小煤的塊度。當(dāng)滾筒直徑減小時(shí),裝煤效率會(huì)降低。因此應(yīng)根據(jù)需要合理地選擇滾筒直徑。（4）合理地選擇采煤機(jī)筒體直徑

為提高滾筒裝煤能力,在保證葉片與筒體的焊接強(qiáng)度,滿(mǎn)足搖

臂頭傳動(dòng)裝置安裝空間的前提下,滾筒的筒體直徑應(yīng)取小一些1)、采煤設(shè)備的優(yōu)化(5)合理的葉片頭數(shù)葉片頭數(shù)決定了葉片的導(dǎo)程S，S=Pn(P為螺距;n為葉片頭數(shù)),而導(dǎo)程應(yīng)不小于葉片寬度D，即S>h。因此，頭數(shù)必須滿(mǎn)足Pn>D，即n>D/P。通常葉片的頭數(shù)n=2~4，如果頭數(shù)過(guò)多，葉片的間距P減小，煤流空間狹窄，將增加阻力和能耗，且頭數(shù)過(guò)多也不利于加工。(6)合理選擇葉片螺旋角

螺旋角越大，排煤的能力也越大，但螺旋角過(guò)大時(shí)，容易引起煤

塵粉碎。螺旋角過(guò)小,葉片的排煤能力小，煤在螺旋葉片內(nèi)循環(huán),

造成煤的重復(fù)破碎，使塊煤率降低。

實(shí)踐證明,螺旋角在10°~25°比較適宜。2)、采煤工藝的改進(jìn)滾筒轉(zhuǎn)速、牽引速度與煤塊率的關(guān)系圖1）降低滾筒轉(zhuǎn)速提高塊煤率滾筒轉(zhuǎn)速對(duì)滾筒的截割和裝載過(guò)程影響較大。滾筒轉(zhuǎn)速低可以增加切削厚度，提高塊煤率，但轉(zhuǎn)速過(guò)低，會(huì)降低裝煤效果，增加截割功率，易出現(xiàn)滾筒堵塞現(xiàn)象。滾筒轉(zhuǎn)速過(guò)高則切削太薄，將生成較多的粉煤，同時(shí)引起循環(huán)煤的增多，但轉(zhuǎn)速高可以提高滾筒的裝載能力。2)、采煤工藝的改進(jìn)2）增大采煤機(jī)牽引速度在滾筒轉(zhuǎn)速一定的情況下，隨著牽引速度的增大，塊煤率增大;反之，塊煤率減小。從理論上分析,理論最大切屑厚度與滾筒的牽引速度成正比,而與滾筒轉(zhuǎn)速成反比;為此,為獲得較大塊煤率,應(yīng)使?jié)L筒的轉(zhuǎn)速盡量小,牽引速度盡可能大。滾筒轉(zhuǎn)速、牽引速度與煤塊率的關(guān)系圖2)、采煤工藝的改進(jìn)3）適當(dāng)增大切削厚度滾筒的截齒截割煤巖時(shí)，由于受滾筒轉(zhuǎn)動(dòng)和牽引速度的影響，截齒作弧形截割，其切屑形狀呈月牙形。如右圖切削厚度與粉塵量呈雙曲線(xiàn)趨勢(shì)下降，相應(yīng)的塊煤率也隨之增大。從煤塊的形成機(jī)理來(lái)看，當(dāng)切削厚度加大時(shí)，與受截齒擠壓形成的煤粉核相接觸的煤體體積增大，從而使得破碎塊和拉應(yīng)力向上的裂紋增多，塊量增加，煤塵減少。切削厚度與單位粉塵量的關(guān)系圖1、2、3截割速度依次減小

2)、采煤工藝的改進(jìn)4）改變滾筒旋轉(zhuǎn)方向?yàn)樵鰪?qiáng)采煤機(jī)工作穩(wěn)定性,雙滾筒采煤機(jī)2個(gè)滾筒轉(zhuǎn)向都采用轉(zhuǎn)向相反的布置方式,布置方式有“前順后逆”和“前逆后順”2種。目前大部分采用第一種方案，這種方案適用滾筒直徑大，采高大，生產(chǎn)率高的工作面。裝煤效果好，煤塊不易破碎，前滾筒不向司機(jī)甩煤，飛揚(yáng)的灰塵也較少.雙滾筒采煤機(jī)的2種滾筒轉(zhuǎn)向6）適當(dāng)增大截割深度大截割深度可以提高塊煤率,降低煤塵，但過(guò)大的截割深度會(huì)使截齒急劇磨損,單齒截割力增加，截齒的受力條件變壞，從而降低了截齒的使用壽命。根據(jù)大量試驗(yàn)，當(dāng)截割深度在50~100mm時(shí)塊煤率較高,在40~60mm時(shí)，采煤比能耗較低。5）由雙向割煤改為單向割煤雙向采煤時(shí)，當(dāng)采煤機(jī)從機(jī)頭向機(jī)尾割煤時(shí)，大量煤堆積在采煤機(jī)前端，互相擠壓造成破碎。為減少堵塞，提高塊煤率，可采用從機(jī)尾進(jìn)刀的單向割煤方式。2)、采煤工藝的改進(jìn)3)、礦山壓力的利用（1）降低液壓支架支護(hù)強(qiáng)度在工作面煤壁硬度較大，頂板比較完整不易垮落的情況下，適當(dāng)降低支護(hù)強(qiáng)度，將頂板壓力傳遞給煤壁，使煤壁受到的壓力增大，破壞裂隙增多。在采煤機(jī)割煤時(shí)煤壁自然破碎垮落，形成大塊煤，從而有效地避免了采煤機(jī)截齒對(duì)煤體的大量切割。采用二柱掩護(hù)式整體頂梁液壓支架，整體頂梁帶800mm行程的內(nèi)伸縮梁。伸縮梁能及時(shí)伸出，對(duì)防止架前片幫、冒頂起著十分重要的作用，為降低支架支護(hù)強(qiáng)度、提高塊煤率的生產(chǎn)工藝提供了安全保障。3)、礦山壓力的利用（2）利用煤壁穩(wěn)定性與煤層性質(zhì)的關(guān)系3)、礦山壓力的利用（3）利用煤壁穩(wěn)定性與工作面超前壓力的作用關(guān)系4)、煤層的預(yù)裂改造由于煤層賦存條件和開(kāi)采條件的差異，目前，國(guó)內(nèi)外解決煤層開(kāi)采的預(yù)裂方法有以下三種：1）超前松動(dòng)爆破技術(shù)預(yù)裂爆破法是采用炸藥爆破的方法人為將煤巖層破碎的方法。有淺孔放頂、深孔爆破、地面深孔放頂和超前深孔預(yù)裂爆破等類(lèi)型。超前深孔預(yù)裂爆破的主要作用是，切斷堅(jiān)硬頂板，減小頂板冒落面積。具體做法是在上、下巷或特殊巷道(工藝巷)向頂板打深孔,采用高威力炸藥，在工作面前方一定距離進(jìn)行爆破，破壞頂板完整性。1）超前松動(dòng)爆破技術(shù)裂隙擴(kuò)展斷裂力學(xué)模型爆破預(yù)裂的機(jī)理：爆破后，炸藥的能量轉(zhuǎn)化成了爆轟波的能量，以爆轟波形式直接作用于介質(zhì)上。爆生氣體產(chǎn)生準(zhǔn)靜態(tài)應(yīng)力場(chǎng)，并楔入空腔壁上已張開(kāi)的裂隙中，在裂隙尖端產(chǎn)生應(yīng)力集中，使裂隙進(jìn)一步擴(kuò)展。在裂隙擴(kuò)展過(guò)程中，爆生氣體首先進(jìn)入張開(kāi)寬度大、較平直、對(duì)氣體楔入阻力小的大裂隙中，然后再進(jìn)入與之溝通的小裂隙中，直到爆生氣體壓力降到不足以使裂隙繼續(xù)擴(kuò)展為止。爆生氣體在煤體內(nèi)產(chǎn)生的準(zhǔn)靜態(tài)應(yīng)力隨距炮孔中心距離的增加而衰減，在煤體內(nèi)存在爆生氣體應(yīng)力梯度。1）超前松動(dòng)爆破技術(shù)在孔內(nèi)壓力作用下裂隙尖端的應(yīng)力強(qiáng)度因子為：式中：L—裂隙擴(kuò)展瞬間長(zhǎng)度；Pm—孔壁壓力；σ—地應(yīng)力。由上式看出，隨著地應(yīng)力σ增大，應(yīng)力強(qiáng)度因子Kr呈現(xiàn)線(xiàn)性下降趨勢(shì)。在距爆破孔中心較遠(yuǎn)的位置，爆生氣體準(zhǔn)靜態(tài)壓力己大大降低，同樣Kr大大減小，當(dāng)Kr衰減到一定值時(shí)，爆破裂隙將停止擴(kuò)展。Rc—壓碎圈半徑Rp—裂隙圈半徑1—壓碎圈2—裂隙圈3—震動(dòng)圈爆破孔周?chē)后w裂隙發(fā)生擴(kuò)展區(qū)域示圖1）超前松動(dòng)爆破技術(shù)預(yù)爆破是頂煤預(yù)破碎的一種行之有效的手段。其方法是超前預(yù)破裂煤體，然后利用礦山壓力、支架反復(fù)支撐作用及煤體自重力作用使頂煤達(dá)到充分破碎，并達(dá)到放煤窗口所要求的塊度。近年來(lái)巖石爆破理論有了較大進(jìn)展，采用損傷力學(xué)的方法研究巖石爆破破巖機(jī)理、爆破損傷模型、爆破裂紋擴(kuò)展過(guò)程和爆破破壞區(qū)大小及其分布特征是巖石爆破研究的熱點(diǎn)之一，我國(guó)楊小林、王樹(shù)仁、楊軍等研究了巖石爆破損傷的細(xì)觀機(jī)理和爆破損傷模型、爆生氣體作用下巖石裂紋的擴(kuò)展機(jī)理和規(guī)律，張繼春采用損傷力學(xué)方法建立了一種節(jié)理巖體的爆破破碎塊度預(yù)測(cè)方法等。1）超前松動(dòng)爆破技術(shù)松動(dòng)爆破實(shí)例展示孔間距/m護(hù)頂煤/m護(hù)巷煤柱/m裝藥方式封孔長(zhǎng)度/m3.5/4.53.05.0正向裝藥大于3.01）1/2煤層厚度爆破方案爆破孔由B3巷向煤體中心布孔，松動(dòng)爆破范圍B3巷北幫向煤體側(cè)25.0m內(nèi)超前于工作面3.0m進(jìn)行預(yù)爆破；一組7個(gè)眼同時(shí)起爆。來(lái)源：神華新疆能源公司科技項(xiàng)目孔間距/m護(hù)頂煤/m護(hù)巷煤柱/m裝藥方式封孔長(zhǎng)度/m4.03.05.0正向裝藥大于6.02）全煤層厚度爆破方案由B3巷向B6巷垂直于煤層走向布置φ100mm單向扇形松動(dòng)爆破孔，每組鉆孔為10個(gè)，貫穿整個(gè)煤層，實(shí)施單組全煤層爆破。超前于工作面13m進(jìn)行預(yù)爆破；一組10個(gè)眼同時(shí)起爆。1）超前松動(dòng)爆破技術(shù)松動(dòng)爆破實(shí)例展示來(lái)源：神華新疆能源公司科技項(xiàng)目全煤層爆破工作面CH4與CO曲線(xiàn)1/2煤層爆破工作面CH4與CO曲線(xiàn)

1）超前松動(dòng)爆破技術(shù)松動(dòng)爆破實(shí)例展示結(jié)果分析1）氣體監(jiān)測(cè)統(tǒng)計(jì)工作面瓦斯有一定幅度增加，或發(fā)生短時(shí)超限；CO氣體持續(xù)時(shí)間超過(guò)10分鐘以上；最短下降時(shí)間2~5分鐘。采用超前爆破時(shí)，出現(xiàn)巷道錨桿支護(hù)失效，巷道變形破壞嚴(yán)重情況。2.1、方案整體設(shè)計(jì)

煤層賦存及開(kāi)采條件分段頂煤可放性研究煤層軟化性研究對(duì)策實(shí)施條件及系統(tǒng)裝備沿煤層走向壓裂軟化方式利用壓裂平臺(tái)沿煤層走向長(zhǎng)距離軟化層高壓注水軟化方式深化設(shè)計(jì)基礎(chǔ)工作煤層壓裂設(shè)計(jì)方式煤層壓裂設(shè)計(jì)方案2）煤體水壓致裂軟化技術(shù)2）煤體水壓致裂軟化技術(shù)原理技術(shù)原理：是充分利用地應(yīng)力條件，以增加煤層裂縫數(shù)目，并且嚴(yán)格控制裂縫發(fā)展形態(tài)為主要特征的新型壓裂浸潤(rùn)軟化技術(shù)。通過(guò)物理壓裂和軟化作用工藝途徑，達(dá)到軟化煤體、改變頂煤的整體結(jié)構(gòu)和力學(xué)特性，預(yù)先軟化煤體的目的。來(lái)源：西安科技大學(xué)自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的專(zhuān)利項(xiàng)目2）煤體水壓致裂軟化技術(shù)

煤層水壓致裂軟化技術(shù)工藝流程來(lái)源：西安科技大學(xué)自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的專(zhuān)利項(xiàng)目1、水管2、混合水箱3、注水泵4、控制系統(tǒng)5、封孔器6、煤層

煤層高壓注水軟化技術(shù)原理裝備系統(tǒng)示意圖2）煤體水壓致裂軟化技術(shù)注水壓力和注水流量隨時(shí)間變化曲線(xiàn)圖2）煤體水壓致裂軟化技術(shù)+618B1+2煤層300m平臺(tái)注水軟化工程實(shí)例2）煤體弱化技術(shù)實(shí)例展示-----神華新疆公司小紅溝煤礦來(lái)源：神華集團(tuán)自主創(chuàng)新項(xiàng)目2）煤體注水弱化技術(shù)工作面走向長(zhǎng)度1230米，工作面長(zhǎng)度30.6米，分層高度22米。B1+2煤層厚度37.45m，傾角87°～89°,含夾矸。硬度系數(shù)f=1.5-3，其中B2比B1煤層硬；頂?shù)装澹簜雾斕抠|(zhì)泥巖，厚0.1～0.2m；直接頂為粉砂巖或砂質(zhì)泥巖，厚0.5～5m；老頂為粉砂巖，細(xì)砂巖或厚砂巖；偽底為泥巖或炭質(zhì)泥巖，厚0.1～0.3m；直接底為粉砂巖，很少隨煤層垮落。實(shí)例展示方案一：沿煤層走向方向一個(gè)注水平臺(tái)注水方式將試驗(yàn)工作面的27m的分層階段高度人為的劃分為2個(gè)小分層，高度分別為13m和14m。在階段高度13m處，沿煤層傾向方向施工一個(gè)10m左右長(zhǎng)度的注水平臺(tái)，平臺(tái)上布置兩組注水孔，其中一組鉆孔朝東（向工作面方向）；另一組鉆孔朝西（背工作面方向）。每組鉆孔有3個(gè)注水孔，角度均為3°，長(zhǎng)度為100m，每個(gè)鉆孔間距在5m左右，兩順槽巷道各施工一個(gè)天槽眼和通風(fēng)孔與注水平臺(tái)連接，已解決注水平臺(tái)上的設(shè)備運(yùn)輸和局部通風(fēng)問(wèn)題。2）煤體注水弱化技術(shù)實(shí)例展示來(lái)源：神華集團(tuán)自主創(chuàng)新項(xiàng)目方案二：沿煤層走向方向二個(gè)注水平臺(tái)注水方式將試驗(yàn)工作面的27m的階段高度均分為3小分層，高度為9m。在上部?jī)蓚€(gè)小分層處，沿煤層傾向方向施工一個(gè)10m左右長(zhǎng)度的注水平臺(tái)，每個(gè)平臺(tái)上布置兩組注水孔，其中一組鉆孔朝東（向工作面方向）；另一組鉆孔朝西（背工作面方向）。每組鉆孔有3個(gè)注水孔，角度均為3°，長(zhǎng)度為100m，每個(gè)鉆孔間距在5m左右，兩個(gè)注水平臺(tái)用斜天槽進(jìn)行連接，兩個(gè)注水平臺(tái)各施工一個(gè)天槽眼，構(gòu)成局部通風(fēng)系統(tǒng)2）煤體注水弱化技術(shù)實(shí)例展示來(lái)源：神華集團(tuán)自主創(chuàng)新項(xiàng)目煤層注水參數(shù)的確定根據(jù)煤層注水軟化實(shí)施方案，從理論上確定注水軟化的各項(xiàng)參數(shù)：（1）注水方式+618B1+2煤層綜采工作面煤層注水軟化方案選擇，沿煤層走向長(zhǎng)距離高壓低流量的注水軟化方式為主體，協(xié)同工作面超前采動(dòng)支承壓力的破煤作用,完成頂煤軟化的控制性工程。（2）鉆孔布置根據(jù)B1與B2煤層中間夾矸位置，鉆孔沿煤層走向布置，分別在B1和B2煤層及在煤層夾矸中，每個(gè)平臺(tái)施工6個(gè)注水孔，注水孔與水平成3°，注水孔水平長(zhǎng)度100米，間距5米。ZY-650型煤礦用全液壓鉆機(jī)鉆孔深度(m)終孔直徑(mm)鉆桿直徑(mm)鉆孔傾角（°）輸出速度(r/min)15065500-9075輸出扭矩(N.m)推力(kN)拉力(kN)功率(kW)整機(jī)質(zhì)量(kg)1003022151200ZY650型全液壓鉆機(jī)主要技術(shù)參數(shù)液壓鉆機(jī)2）煤體注水弱化技術(shù)實(shí)例展示2）煤體注水弱化技術(shù)實(shí)例展示BZW63/31.5型注水泵驅(qū)動(dòng)功率(kw)額定排出壓力(Mpa)額定流量(L/min)4531.563輸出軸轉(zhuǎn)速(min-1)柱塞行程（mm)單泵重量（kg)148095140

BZW63/31.5型注水泵主要技術(shù)參數(shù)注水泵ZF-A38型封孔器內(nèi)徑(mm)外徑(mm)適用外徑(mm)385465膨脹范圍(mm)自由狀態(tài)壓力(mpa)實(shí)驗(yàn)壓力（mpa)71412ZF-A38型封孔器主要技術(shù)參數(shù)封孔器

試驗(yàn)工作面

液壓鉆機(jī)

注水泵

煤層注水軟化現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)情況2）煤體注水弱化技術(shù)實(shí)例展示煤層注水軟化工藝流程圖

2）煤體注水弱化技術(shù)實(shí)例展示結(jié)果分析注水孔壓力變化分析圖煤層平均含水率分析圖從右圖中分析看，進(jìn)入煤層注水區(qū)域時(shí)，煤層的平均含水率達(dá)到了6-7%之間，與注水前沒(méi)有較大的變化。通過(guò)連續(xù)觀測(cè)分析，煤體裂隙少，整體性較好時(shí)，隨著煤體的含水量增加，注水壓力逐步上升。壓力增長(zhǎng)緩慢。隨著壓力增加到的一定的值，壓力處于一恒值狀態(tài)。工作面回采率分析圖原煤產(chǎn)量分析圖工作面在煤層注水前的回采在78%左右，當(dāng)進(jìn)入兩個(gè)平臺(tái)注水區(qū)域時(shí)，回采率達(dá)到最大，在進(jìn)入注水區(qū)域后，工作面的回采在87%左右。工作面的原煤產(chǎn)量3850t/d左右。注水軟化后，原煤產(chǎn)量增加270t/d,在4120t/d左右。

2）煤體注水弱化技術(shù)實(shí)例展示煤層注水軟化前后(全塵)粉塵濃度變化分析圖煤層注水軟化前后(呼吸性)粉塵濃度變化分析圖工作面在煤層注水軟化后，移架、采煤機(jī)割煤、架前打眼和架后放煤工序中全塵濃度降低到原來(lái)81%、72%、80%和64%，呼吸性粉塵濃度降低到注水前的80%、66%、63%和87%。粉塵濃度降低最明顯的為架后放煤工序，在注水軟化前，全塵濃度為15.6

mg/m3左右，注水軟化后，濃度在10

mg/m3左右。

2）煤體注水弱化技術(shù)實(shí)例展示水壓致裂技術(shù)創(chuàng)新點(diǎn)煤體水壓致裂軟化技術(shù)是定向壓裂為主的煤層軟化技術(shù)?？紤]煤體親水性和軟化性的差異，煤層孔隙結(jié)構(gòu)特殊性，利用壓裂軟化劑，改善煤層親水性和注水難易程度，控制煤層壓裂軟化性變化的規(guī)律，實(shí)現(xiàn)“高壓壓裂，低壓軟化”的效果。這是本技術(shù)與經(jīng)典水壓致裂理論、傳統(tǒng)煤層注水防塵工藝的重要區(qū)別。煤層水壓致裂技術(shù)，在軟化頂煤，提高采出率，增加工作面連續(xù)生產(chǎn)的保障能力同時(shí)，對(duì)預(yù)防頂板的沖擊災(zāi)害，控制工作面煤塵，預(yù)防采空區(qū)瓦斯和煤層自燃發(fā)火災(zāi)害等方面具有重要保障作用，體現(xiàn)了本技術(shù)的重要特色。

超前松動(dòng)爆破相較于水壓致裂軟化的弊利深孔爆破能夠起到松動(dòng)原始煤體，達(dá)到提高滲透率的作用，但在高瓦斯煤層中采用時(shí)常常會(huì)誘發(fā)突出災(zāi)害的發(fā)生，爆破產(chǎn)生高溫、高壓，同時(shí)爆破后的裂隙面還會(huì)閉合，因此與水壓致裂比較，若不采取一定的措施，爆破達(dá)不到應(yīng)有的提高滲透率效果，易于誘發(fā)巷道變形和工作面氣體異常。國(guó)內(nèi)外在這種方法的采用上出現(xiàn)了逐步減少的趨勢(shì)，相比之下，從安全的角度考慮，采用水力化措施更為合理。水壓致裂軟化技術(shù)具備安全、清潔、高效、經(jīng)濟(jì)的特點(diǎn)。3）CO2預(yù)裂技術(shù)二氧化碳預(yù)裂技術(shù)是一種無(wú)火花、威力大、不揚(yáng)塵、安全高效的冷爆破技術(shù)，是以CO2作為激發(fā)源形成水壓破碎性質(zhì)的冷氣體壓裂破巖新方法。20世紀(jì)50年代，英國(guó)為了降低高瓦斯礦井采煤工作面的風(fēng)險(xiǎn)，研發(fā)了二氧化碳炮，代替了傳統(tǒng)的炸藥，由于二氧化碳炮在爆破中不產(chǎn)生明火，使危險(xiǎn)性大大降低。目前該項(xiàng)技術(shù)在國(guó)外已推廣至巖石、混凝土和其他物質(zhì)的快速安全爆破。在國(guó)內(nèi)蘆嶺煤礦和清水煤礦進(jìn)行了利用二氧化碳代替炸藥進(jìn)行回采工作面放頂煤的試驗(yàn)，取得顯著效果。神東礦區(qū)大柳塔礦活雞兔井12312綜采工作面機(jī)尾三角區(qū)進(jìn)行了二氧化碳爆破試驗(yàn)，解決了三角區(qū)懸頂?shù)碾y題。來(lái)源：西安科技大學(xué)自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的專(zhuān)利技術(shù)3）CO2預(yù)裂技術(shù)二氧化碳爆破原理采用高壓管預(yù)先注入液態(tài)二氧化碳，逐一安裝在工作面鉆取的爆破孔中。采用引爆電流或加熱方式，引發(fā)管內(nèi)的二氧化碳迅速?gòu)囊簯B(tài)轉(zhuǎn)化為氣態(tài)，在40ms內(nèi)，體積膨脹達(dá)600多倍，管內(nèi)壓力增至270MPa。二氧化碳?xì)怏w透過(guò)徑向孔，迅速向外爆發(fā)，利用瞬間產(chǎn)生的強(qiáng)大推力，沿鉆孔壁自然裂隙引發(fā)煤體破碎，從而達(dá)到預(yù)裂效果，全過(guò)程在1s內(nèi)完成。

圖1CO2爆破器示意圖爆破孔徑為64

mm，高壓管直徑54mm，管長(zhǎng)1500

~2500

mm。CO2爆破管設(shè)有充放氣閥,內(nèi)裝氣體產(chǎn)生器。高壓管有徑向噴發(fā)孔。起爆后，二氧化碳?xì)庠斐傻臎_擊波沿側(cè)向爆發(fā)。固定套的固定機(jī)構(gòu)隨爆破啟動(dòng)，防止高壓管自爆破孔中射出。高壓管管體以特種鋼材制成,換上新的活化器,充入液態(tài)二氧化碳便可重復(fù)再用。二氧化碳預(yù)裂技術(shù)參數(shù)如下表:氣態(tài)CO2釋放體積150~600L反應(yīng)時(shí)間約40ms爆破壓力150~270MPa3）CO2預(yù)裂技術(shù)實(shí)驗(yàn)示例CO2預(yù)裂技術(shù)實(shí)驗(yàn)示例采用6支長(zhǎng)1.246m的高壓管，注入0.88kg液態(tài)二氧化碳。第一次實(shí)驗(yàn)用1支進(jìn)行爆破，第二次實(shí)驗(yàn)用2支按平行間距2m布置方式進(jìn)行爆破，第三次實(shí)驗(yàn)用3支按三花眼的布置方式進(jìn)行爆破，3次爆破眼孔深度均為1.3m。爆破后，相比采用水膠炸藥爆破的煤體成塊效果好，拋出的煤量大且粉塵質(zhì)量濃度小，實(shí)驗(yàn)有關(guān)數(shù)據(jù)見(jiàn)表2。爆破順序爆破深度/m爆破長(zhǎng)度/m縱向拋出/m回風(fēng)/%回風(fēng)/%爆破前爆破后爆破前爆破后第一次122.6~2.70.100.100.040.15第二次1.242.6~2.70.10