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項(xiàng)目成果/簡(jiǎn)介:如何快速、有效的提高煤層透氣性，并長(zhǎng)時(shí)間的保持增透技術(shù)產(chǎn)生的大量裂隙，進(jìn)而有效的、長(zhǎng)時(shí)間的提高和保持煤層的高透氣性，是目前煤層氣開(kāi)采領(lǐng)域的主要研究方向之一。實(shí)踐已經(jīng)證明，兩淮礦區(qū)利用地面鉆井的方法預(yù)抽未采動(dòng)煤層瓦斯的嘗試均未達(dá)到預(yù)期效果。因此，在現(xiàn)有技術(shù)條件下，在兩淮礦區(qū)直接從地面開(kāi)采未采動(dòng)煤層瓦斯難以實(shí)施。

如何快速、有效的提高煤層透氣性，并長(zhǎng)時(shí)間的保持增透技術(shù)產(chǎn) 生的大量裂隙，進(jìn)而有效的、長(zhǎng)時(shí)間的提高和保持煤層的高透氣性， 是目前煤層氣開(kāi)采領(lǐng)域的主要研究方向之一。實(shí)踐已經(jīng)證明，兩淮礦區(qū)利用地面鉆井的方法預(yù)抽未采動(dòng)煤層瓦斯的嘗試均未達(dá)到預(yù)期效 果。因此，在現(xiàn)有技術(shù)條件下，在兩淮礦區(qū)直接從地面開(kāi)采未采動(dòng)煤 層瓦斯難以實(shí)施。

針對(duì)留巷困難、鉆孔易破壞、瓦斯 抽采效果差等技術(shù)難題，提出深井煤層 群首采工作面外錯(cuò)高抽巷Y型通風(fēng)方法， 有效解決高地壓礦井長(zhǎng)距離留巷維護(hù)困 難的問(wèn)題；提出讓壓型單層套管護(hù)孔結(jié) 構(gòu)、施工工藝和布置方法，實(shí)現(xiàn)外錯(cuò)高 抽巷內(nèi)抽采鉆孔高效穩(wěn)定抽采采動(dòng)卸壓 瓦斯；建立一面三巷、一巷多用、聯(lián)合 治理、無(wú)煤柱開(kāi)采的瓦斯治理新模式， 實(shí)現(xiàn)了深井低透氣性高瓦斯煤層群的煤 與瓦斯安全高效共采。

在調(diào)研國(guó)內(nèi)千萬(wàn)噸級(jí)綜放工作面生產(chǎn)地質(zhì)條件的基礎(chǔ)上，分析實(shí)現(xiàn)千萬(wàn)噸級(jí)目標(biāo)綜放面所需的基本條件。測(cè)試工作面煤巖力學(xué)參數(shù)，掌握了工作面煤巖力學(xué)特性，為理論分析提供理論基礎(chǔ)。從地質(zhì)因素、設(shè)備配套因素、開(kāi)采技術(shù)因素以及管理因素等方面分析各因素對(duì)千萬(wàn)噸級(jí)大采高綜放工作面設(shè)備配套的影響，分析千萬(wàn)噸級(jí)大采高綜放工作面目標(biāo)實(shí)現(xiàn)的地質(zhì)條件適應(yīng)性、頂煤的冒放性和實(shí)現(xiàn)安全高效開(kāi)采的主要途徑。采用相似模擬試驗(yàn)，獲得采場(chǎng)圍巖運(yùn)移及應(yīng)力分布規(guī)律，建立煤壁穩(wěn)定性分析的力學(xué)模型，分析煤壁的穩(wěn)定性，獲得工作面支架支護(hù)強(qiáng)度的基本要求。優(yōu)化研究工作面參數(shù)及開(kāi)采工藝，探索各參數(shù)對(duì)工作面生產(chǎn)能力的影響并提出在不同開(kāi)采條件下工作面參數(shù)的確定方法和基本要求，探索生產(chǎn)系統(tǒng)中各工序參數(shù)對(duì)工作面生產(chǎn)能力的影響規(guī)律，分析生產(chǎn)系統(tǒng)技術(shù)改造對(duì)工作面生產(chǎn)能力的影響，找出生產(chǎn)工藝系統(tǒng)中的薄弱工序和最優(yōu)放煤工藝，提出在不同條件下的工作面生產(chǎn)工藝參數(shù)優(yōu)化配置，為大采高綜放面設(shè)備選型提供依據(jù)。研究 “三機(jī)”配套的總體原則，單機(jī)配套時(shí)的選型原則和工作面設(shè)備的基本要求，為試驗(yàn)面設(shè)備的配套、選型提供依據(jù)。(1)提出了年產(chǎn)千萬(wàn)噸級(jí)綜放面開(kāi)采地質(zhì)條件的基本要求，分析了千萬(wàn)噸級(jí)大采高綜放面安全高效開(kāi)采的影響因素。(2)在系統(tǒng)研究大采高綜放采場(chǎng)圍巖運(yùn)移及應(yīng)力分布規(guī)律、煤壁片幫機(jī)理、工作面參數(shù)、回采工藝的基礎(chǔ)上，深入研究了工作面“三機(jī)”配套選型，提出了相應(yīng)的配套原則和配套參數(shù)。(3)研制了 ZF15000-23/43 正四連桿大采高綜放低位放頂煤液壓支架、整體自移式ZTZ20000/25/50 型端頭自移支架、ZTC30000/25/50 型超前支護(hù)支架以及 KSW-1500EU 型電牽引采煤機(jī)，并進(jìn)行了現(xiàn)場(chǎng)工業(yè)試驗(yàn)，保障了千萬(wàn)噸級(jí)大采高綜放工作面平均日產(chǎn)達(dá) 3 萬(wàn)t。(4)制定了“千萬(wàn)噸級(jí)大采高綜放工作面設(shè)備配套選型技術(shù)要求”技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)。

一、研發(fā)背景我國(guó)是有色及稀散金屬資源大國(guó)，產(chǎn)量更是在全球具有絕對(duì)控制地位。稀散有色金屬礦的開(kāi)發(fā)利用給我國(guó)帶來(lái)巨大的經(jīng)濟(jì)效益，與此同時(shí)也帶來(lái)了嚴(yán)重的環(huán)境重金屬污染。稀散有色金屬礦經(jīng)開(kāi)采、選、冶加工后，會(huì)遺留下大量的尾礦、冶煉渣和各種塵泥。從環(huán)保和安全上來(lái)說(shuō)，稀散多金屬采選冶廢棄物是重大的污染源和危險(xiǎn)源，控制固體廢棄物污染特別是礦業(yè)固體廢棄物成為中國(guó)環(huán)境保護(hù)領(lǐng)域的重要問(wèn)題之一。二、技術(shù)內(nèi)容（1）新型深部充填減量化技術(shù)。開(kāi)發(fā)一種價(jià)格低廉、材料來(lái)源廣泛且固化重金屬效果優(yōu)良的地下采礦膠結(jié)充填料，能夠降低充填采礦成本，并可以安全處置危險(xiǎn)廢物；（2）尾礦庫(kù)微生物原位成礦修復(fù)技術(shù)。利用微生物（硫酸鹽還原菌、寡營(yíng)養(yǎng)鐵還原菌）控制環(huán)境中 Fe3+ 濃度、降低環(huán)境電位、降低環(huán)境中游離鎘、銻等重金屬離子，實(shí)現(xiàn)現(xiàn)役尾礦庫(kù)的微生物生態(tài)修復(fù)。（3）五層覆蓋強(qiáng)還原原位成礦修復(fù)技術(shù)。基于礦物學(xué)--生物地球化學(xué)協(xié)同作用，開(kāi)發(fā)已閉庫(kù)或無(wú)主尾礦庫(kù)的重度污染區(qū)的五層（無(wú)污染客土層、膨潤(rùn)土密封層、有機(jī)質(zhì)深度還原密封層、含高風(fēng)險(xiǎn)稀散多金屬及砷和重金屬尾礦生物法控制污染主反應(yīng)層、原始尾礦層）覆蓋強(qiáng)還原穩(wěn)定成礦修復(fù)技術(shù)。三、作用原理針對(duì)我國(guó)含稀散多金屬硫化礦采選冶廢物易引起氧化淋溶、存在潰壩風(fēng)險(xiǎn)和對(duì)周邊及重大流域構(gòu)成的嚴(yán)重環(huán)境威脅等問(wèn)題，首先研究采選冶廢物處置環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估方法，建立稀散多金屬采選冶廢物處理處置污染控制技術(shù)評(píng)估方法；利用冶煉廢渣及尾礦庫(kù)內(nèi)堆存尾礦，研發(fā)新型膏體充填減量化、資源化技術(shù)；針對(duì)現(xiàn)役尾礦庫(kù)，利用硫酸鹽還原菌及寡營(yíng)養(yǎng)鐵還原菌研發(fā)尾礦微生物原位成礦修復(fù)技術(shù)；針對(duì)已閉庫(kù)及無(wú)主尾礦庫(kù)，基于礦物學(xué)--生物地球化學(xué)協(xié)同作用，研發(fā)重度污染區(qū)的五層覆蓋強(qiáng)還原穩(wěn)定原位成礦修復(fù)技術(shù)；組合應(yīng)用上述技術(shù)，在典型稀散多金屬采選冶集中區(qū)開(kāi)展技術(shù)示范；最終形成“基于風(fēng)險(xiǎn)控制的稀散多金屬采選冶廢物減量化、資源化處理處置與污染控制方案和環(huán)境管理導(dǎo)則”，為我國(guó)稀散金屬多金屬污染防控和環(huán)境管理提供技術(shù)支撐。

采用理論分析、數(shù)值模擬、相似模擬和現(xiàn)場(chǎng)實(shí)測(cè)等多種綜合研究方法，對(duì)分岔合并煤層上覆煤層采動(dòng)后破碎頂板條件下 72 煤安全高效開(kāi)采綜合技術(shù)進(jìn)行系統(tǒng)研究。分析工作面的地質(zhì)條件，測(cè)試工作面煤巖力學(xué)參數(shù)，掌握工作面煤巖力學(xué)特性；分析 71 煤開(kāi)采對(duì)底板破壞影響規(guī)律，為工作面超前預(yù)注漿加固范圍提供依據(jù)；針對(duì)破碎頂板的特點(diǎn)，分析兩柱式和四柱式支架對(duì)破碎頂板的適應(yīng)性，改變淮北礦區(qū)傳統(tǒng)的破碎頂板采用兩柱式支架選型原則，提出適合工作面破碎頂板條件的四柱支撐掩護(hù)式支架；確定注漿方案，選取注漿材料，實(shí)驗(yàn)優(yōu)化注漿漿液配比，設(shè)計(jì)漿液擴(kuò)散半徑，布置注漿孔；現(xiàn)場(chǎng)實(shí)測(cè)破碎頂板條件下工作面礦壓顯現(xiàn)及圍巖運(yùn)移特征，為有效的破碎頂板控制技術(shù)及頂板管理提供依據(jù)。1）針對(duì)試驗(yàn)工作面復(fù)雜難采條件，研究提出了采用適應(yīng)難采條件的四柱支撐掩護(hù)式支架結(jié)構(gòu)，并合理設(shè)計(jì)了支架參數(shù)，改變了淮北礦區(qū)傳統(tǒng)的破碎頂板采用兩柱式支架選型原則，為淮北礦區(qū)破碎頂板的管理提供了全新途徑。2）研制了具有初撐力高、頂梁整體剛性強(qiáng)，前部支護(hù)強(qiáng)度大，密封性好、較大的面向煤壁的水平力、帶壓移架、底座采用半封底形式，抬架力高、液壓系統(tǒng)流量大等特點(diǎn)的 ZZ7600/20/40 新型液壓支架，解決了復(fù)雜難采煤層工作面易出現(xiàn)煤壁片幫、超前冒頂和支架扎底等難題，保證了工作面安全高效回采。3）與國(guó)內(nèi)外同類研究相比，創(chuàng)新提出“更換鉆頭”與“跟管鉆進(jìn)”埋設(shè)注漿套管的新方法，研發(fā)了經(jīng)濟(jì)可行的破碎頂板注漿加固補(bǔ)強(qiáng)技術(shù)，有效控制了頂板冒落，為工作面安全順利回采創(chuàng)造了良好條件，降低了注漿成本，解決了破碎頂板鉆孔、埋設(shè)注漿套管難的問(wèn)題。