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深部复杂条件,如何实现煤巷快掘支护?
发布时间:2019-03-18     作者:中国煤炭报   浏览量:413   分享到:

▲顶板的支护效果 ?煤帮的支护效果


中煤集团提出与高效快掘相适应的新型煤巷支护理论技术体系

日前,由中国中煤能源集团有限公司、中国矿业大学、中天合创能源有限责任公司以及江苏师范大学共同完成的项目“深部煤巷连续梁控顶理论与高效支护技术”研究成果通过了中国煤炭工业协会专家组的鉴定。中国工程院院士康红普及专家组成员一致认为,该研究成果达到了国际领先水平。

煤巷掘速慢导致采掘失衡

长期以来,煤巷掘进速度慢一直是制约矿井安全高效生产的关键因素,由此导致的采掘失衡是煤矿普遍存在的突出问题。2017年,中煤集团下属的生产、试生产矿井共47处,采煤队70个,而掘进队的数量高达193个。由于锚杆使用密度大、支护环节耗时多、掘进速度慢,导致井下掘进作业人多、面广、战线长,采掘接续矛盾突出。

中天合创能源公司位于鄂尔多斯地区,有两对千万吨级矿井。建井期间,煤巷掘进速度每月仅维持在300米左右,准备一个长度5000米的采煤工作面需要17个月,给矿井生产造成极大压力,急需技术创新实现深部煤巷高效支护和快速掘进。

中煤集团坚持问题导向,着力破解制约掘进速度的瓶颈,通过与中国矿业大学等单位合作,反复调研论证,从保障工程地质、创新支护技术、改善装备性能、优化施工工艺等4个方面进行系统攻关,确立了一套针对集团不同矿区地质条件的差异化快掘目标,提出与高效快速掘进相适应的新型煤巷支护理论技术体系,包括新型连续梁控顶理论和低密度高效支护技术。该技术提出采用单一化柔性大锚杆实现低密度高效能支护,破解了原有锚杆索支护造成的支护密度大、耗时多、速度慢和难以协同承载的问题。

新型煤巷支护理论与技术体系实现了支护技术的3个转变:低效能支护转变为高效能支护,锚杆索复合支护转变为大锚杆单一支护,高密度支护转变为低密度支护。单根大锚杆的支护效能达到普通锚杆的3倍到5倍,从而将顶板支护密度降低了60%,掘进循环中支护耗时占比由60%降至30%,将支护环节的劣势变优势,大幅提高了掘进速度。

新技术已在多地推广应用

中天合创能源公司率先开展了复杂条件下的煤巷快掘支护技术工业性试验。2016年10月至12月,中天合创葫芦素煤矿在21204主回风巷率先开展了高效快掘工业性试验,在半煤岩巷条件下取得了最大单日进尺38米的成绩,使该矿具备了煤巷单进千米的能力。

之后,该矿在21205主运输巷继续实践,掘进速度得到突破并稳定在每月800米以上。随后,中天合创能源公司针对门克庆煤矿的地质条件,依托“门克庆矿3108主运巷新型高效快掘支护技术体系”科技项目,继续与中国矿业大学开展合作,全面提升煤巷掘进效率和单进水平。

2017年8月12日,门克庆煤矿3108主运巷新型高效快掘支护技术进入工业性试验阶段。9月份掘锚队熟悉施工工艺后,将单循环作业时间从35分钟降到18分钟至23分钟之间,连续7天日进尺维持在40米左右,掘进速度稳步提升。

当年9月,巷道累计掘进1040米,在埋深725米的复杂地质条件下实现了单班进尺25.5米、单日进尺48米,创造了国内外同类地质条件下煤巷掘进速度的新纪录。

工业性试验期间,中国矿业大学张农教授的科研团队全程驻矿提供技术服务,通过跟班、监测及时反馈施工中存在的问题并提出应对措施,对提升支护质量、优化工艺提供了有力支持。根据门克庆煤矿3108主运巷的现场统计,巷道两帮收敛量不超过20毫米,顶板下沉量不超过15毫米,顶板无明显离层,新型煤巷支护理论与技术工艺完全满足煤巷支护需求。

相比传统支护,新技术的锚杆排距为1.5米,增加了50%以上。支护密度降低45%以上,单排小循环下掘进速度提高60%以上,巷道围岩损伤深度和变形量降低50%以上。工序效率上亦有大幅提升,支护环节耗时减少近50%,钻孔量减少38%,支护材料成本降低约15%。

新技术的研发和成功应用,为中煤集团实现内蒙古陕西矿区每月1000米的煤巷高效快掘模式奠定了坚实基础。其后,研发团队开始布局技术的推广应用,目前已应用至山东、山西、安徽、陕西等地区。

据悉,围绕“深部煤巷连续梁控顶理论与高效支护技术”,课题团队已获授权国内发明专利10项、国际发明专利1项,已受理公布国内发明专利17项、国际发明专利9项。

研究成果将促成深部煤巷由高密度组合支护向低密度、高效率、大排距、高可靠、单一化支护转变,为我国千万吨级现代化大型矿井提供相匹配的新型巷道围岩控制理论与技术。


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