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項目成果/簡介:如何快速、有效的提高煤層透氣性，并長時間的保持增透技術產生的大量裂隙，進而有效的、長時間的提高和保持煤層的高透氣性，是目前煤層氣開采領域的主要研究方向之一。實踐已經證明，兩淮礦區利用地面鉆井的方法預抽未采動煤層瓦斯的嘗試均未達到預期效果。因此，在現有技術條件下，在兩淮礦區直接從地面開采未采動煤層瓦斯難以實施。

如何快速、有效的提高煤層透氣性，并長時間的保持增透技術產 生的大量裂隙，進而有效的、長時間的提高和保持煤層的高透氣性， 是目前煤層氣開采領域的主要研究方向之一。實踐已經證明，兩淮礦區利用地面鉆井的方法預抽未采動煤層瓦斯的嘗試均未達到預期效 果。因此，在現有技術條件下，在兩淮礦區直接從地面開采未采動煤 層瓦斯難以實施。

針對留巷困難、鉆孔易破壞、瓦斯 抽采效果差等技術難題，提出深井煤層 群首采工作面外錯高抽巷Y型通風方法， 有效解決高地壓礦井長距離留巷維護困 難的問題；提出讓壓型單層套管護孔結 構、施工工藝和布置方法，實現外錯高 抽巷內抽采鉆孔高效穩定抽采采動卸壓 瓦斯；建立一面三巷、一巷多用、聯合 治理、無煤柱開采的瓦斯治理新模式， 實現了深井低透氣性高瓦斯煤層群的煤 與瓦斯安全高效共采。

在調研國內千萬噸級綜放工作面生產地質條件的基礎上，分析實現千萬噸級目標綜放面所需的基本條件。測試工作面煤巖力學參數，掌握了工作面煤巖力學特性，為理論分析提供理論基礎。從地質因素、設備配套因素、開采技術因素以及管理因素等方面分析各因素對千萬噸級大采高綜放工作面設備配套的影響，分析千萬噸級大采高綜放工作面目標實現的地質條件適應性、頂煤的冒放性和實現安全高效開采的主要途徑。采用相似模擬試驗，獲得采場圍巖運移及應力分布規律，建立煤壁穩定性分析的力學模型，分析煤壁的穩定性，獲得工作面支架支護強度的基本要求。優化研究工作面參數及開采工藝，探索各參數對工作面生產能力的影響并提出在不同開采條件下工作面參數的確定方法和基本要求，探索生產系統中各工序參數對工作面生產能力的影響規律，分析生產系統技術改造對工作面生產能力的影響，找出生產工藝系統中的薄弱工序和最優放煤工藝，提出在不同條件下的工作面生產工藝參數優化配置，為大采高綜放面設備選型提供依據。研究 “三機”配套的總體原則，單機配套時的選型原則和工作面設備的基本要求，為試驗面設備的配套、選型提供依據。(1)提出了年產千萬噸級綜放面開采地質條件的基本要求，分析了千萬噸級大采高綜放面安全高效開采的影響因素。(2)在系統研究大采高綜放采場圍巖運移及應力分布規律、煤壁片幫機理、工作面參數、回采工藝的基礎上，深入研究了工作面“三機”配套選型，提出了相應的配套原則和配套參數。(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 型超前支護支架以及 KSW-1500EU 型電牽引采煤機，并進行了現場工業試驗，保障了千萬噸級大采高綜放工作面平均日產達 3 萬t。(4)制定了“千萬噸級大采高綜放工作面設備配套選型技術要求”技術標準。

一、研發背景我國是有色及稀散金屬資源大國，產量更是在全球具有絕對控制地位。稀散有色金屬礦的開發利用給我國帶來巨大的經濟效益，與此同時也帶來了嚴重的環境重金屬污染。稀散有色金屬礦經開采、選、冶加工后，會遺留下大量的尾礦、冶煉渣和各種塵泥。從環保和安全上來說，稀散多金屬采選冶廢棄物是重大的污染源和危險源，控制固體廢棄物污染特別是礦業固體廢棄物成為中國環境保護領域的重要問題之一。二、技術內容（1）新型深部充填減量化技術。開發一種價格低廉、材料來源廣泛且固化重金屬效果優良的地下采礦膠結充填料，能夠降低充填采礦成本，并可以安全處置危險廢物；（2）尾礦庫微生物原位成礦修復技術。利用微生物（硫酸鹽還原菌、寡營養鐵還原菌）控制環境中 Fe3+ 濃度、降低環境電位、降低環境中游離鎘、銻等重金屬離子，實現現役尾礦庫的微生物生態修復。（3）五層覆蓋強還原原位成礦修復技術。基于礦物學--生物地球化學協同作用，開發已閉庫或無主尾礦庫的重度污染區的五層（無污染客土層、膨潤土密封層、有機質深度還原密封層、含高風險稀散多金屬及砷和重金屬尾礦生物法控制污染主反應層、原始尾礦層）覆蓋強還原穩定成礦修復技術。三、作用原理針對我國含稀散多金屬硫化礦采選冶廢物易引起氧化淋溶、存在潰壩風險和對周邊及重大流域構成的嚴重環境威脅等問題，首先研究采選冶廢物處置環境風險評估方法，建立稀散多金屬采選冶廢物處理處置污染控制技術評估方法；利用冶煉廢渣及尾礦庫內堆存尾礦，研發新型膏體充填減量化、資源化技術；針對現役尾礦庫，利用硫酸鹽還原菌及寡營養鐵還原菌研發尾礦微生物原位成礦修復技術；針對已閉庫及無主尾礦庫，基于礦物學--生物地球化學協同作用，研發重度污染區的五層覆蓋強還原穩定原位成礦修復技術；組合應用上述技術，在典型稀散多金屬采選冶集中區開展技術示范；最終形成“基于風險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境管理導則”，為我國稀散金屬多金屬污染防控和環境管理提供技術支撐。

采用理論分析、數值模擬、相似模擬和現場實測等多種綜合研究方法，對分岔合并煤層上覆煤層采動后破碎頂板條件下 72 煤安全高效開采綜合技術進行系統研究。分析工作面的地質條件，測試工作面煤巖力學參數，掌握工作面煤巖力學特性；分析 71 煤開采對底板破壞影響規律，為工作面超前預注漿加固范圍提供依據；針對破碎頂板的特點，分析兩柱式和四柱式支架對破碎頂板的適應性，改變淮北礦區傳統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式支架；確定注漿方案，選取注漿材料，實驗優化注漿漿液配比，設計漿液擴散半徑，布置注漿孔；現場實測破碎頂板條件下工作面礦壓顯現及圍巖運移特征，為有效的破碎頂板控制技術及頂板管理提供依據。1）針對試驗工作面復雜難采條件，研究提出了采用適應難采條件的四柱支撐掩護式支架結構，并合理設計了支架參數，改變了淮北礦區傳統的破碎頂板采用兩柱式支架選型原則，為淮北礦區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，前部支護強度大，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、液壓系統流量大等特點的 ZZ7600/20/40 新型液壓支架，解決了復雜難采煤層工作面易出現煤壁片幫、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）與國內外同類研究相比，創新提出“更換鉆頭”與“跟管鉆進”埋設注漿套管的新方法，研發了經濟可行的破碎頂板注漿加固補強技術，有效控制了頂板冒落，為工作面安全順利回采創造了良好條件，降低了注漿成本，解決了破碎頂板鉆孔、埋設注漿套管難的問題。