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大同矿区侏罗系近距离多层采空区下防灭火安全开采理论与技术
作者:丁飞  时间:2017-05-22

  

主要完成人:王继仁 于  斌 邓存宝 吴永平 杨智文 孟凡龙 王立兵
赵  君 张 勇 剧通达 张海清 杨发长 匡铁军 刘 敬
郑玉斌 翟茂斌 郝朝瑜
 
超厚煤层、近距离煤层群复杂开采条件下自燃火灾防治问题一直是国内外亟待解决的技术难题。大同矿区是我国的特大型煤炭基地之一,长期以来对保障国家的能源供给安全起到了重要作用。矿区开采侏罗、石炭双系煤田,具有“两硬”条件且均属易自燃煤层,开采历史悠久,造成古窑、小煤窑火区众多。侏罗系已开采煤层19层,煤层间距极近(0~7m),石炭系开采煤层厚达18~23m,条件极其复杂。开采后多煤层工作面、多层采空区相互连通,甚至直通地表,漏风条件复杂且难以控制,极易形成煤炭自燃。本项目针对近距煤层群采空区相互连通条件下自燃火灾防治、超厚煤层综采放顶煤开采自燃火灾防治、古窑火区与隐蔽火区探测等技术与装备难题进行攻关研究,取得的主要创新成果有:
1、创建了多层采空区流场局部动态平衡理论、多点调控反馈补偿整体平衡理论
使开采工作面的气体压力与相连通的邻近采空区的气体压力在最小范围内保持动态平衡,并采用集中控制方法对多个调控点进行补偿控制,以免相互影响,从面阻止CO等有害气体流入开采工作面或新鲜风流流入采空区。
2、开发了控制多层采空区流场局部动态平衡技术及成套装备
根据以上理论,开发了控制多层采空区流场局部动态平衡以及多点调控反馈整体补偿平衡成套技术与装备。实现了开采工作面与多层采空区随时间变化条件下的动态平衡。
3、首创了地空一体化的煤田自燃火区监测分析与治理技术
建立了地表温度场的亚像元遥感反演与高温异常点识别模型,构建了煤田自燃火区及其演变过程的快速监测、分析、模拟与异常点分析系统;建立了地裂缝信息提取的知识模型,实现了对地表裂隙的实时监测;研发了煤矿多层采空区火区探测技术;开发了废弃物裂隙充填新技术,并对火区与地裂缝进行了治理。
4、建立了复杂开采条件自燃火灾防治技术体系
以局部动态平衡理论与技术为核心,建立了监测、探测、封堵、立体注氮、阻化灌浆、分源治理一体化的煤炭自燃火灾防治新技术体系;开发了超厚易自燃煤层采空区自动喷洒新型阻化材料与工艺,两巷自动灌注粉煤灰封堵,阻化灌浆,地面、井下立体注氮等综放开采立体防火技术。
    本项目在理论与关键技术方面取得了重大突破,形成拥有自主知识产权的自燃火灾防治理论与技术体系,极大提升了煤炭自燃火灾防治理论与技术整体水平,与国内外同类技术相比,技术经济优势明显,项目整体达到国际领先水平,应用以来,矿井避免了新火区产生,治理注销老火区21处,累计安全采出受火区影响煤炭4.2425亿吨,经济社会效益巨大。
本项目获得省部级奖励8项,授权、申请发明专利7项,出版专著2部,发表论文24篇,培养博士后5名,博士13名。成果在大同煤矿集团、山西煤销集团、山西煤炭进出口公司等8个矿区53个煤矿推广应用,均取得成功。获2011年中国煤炭工业科学技术一等奖,已推荐申报2012年国家科技进步奖并初审通过。