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項(xiàng)目成果/簡介:如何快速、有效的提高煤層透氣性，并長時(shí)間的保持增透技術(shù)產(chǎn)生的大量裂隙，進(jìn)而有效的、長時(shí)間的提高和保持煤層的高透氣性，是目前煤層氣開采領(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)直接從地面開采未采動煤層瓦斯難以實(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、長時(shí)間的提高和保持煤層的高透氣性， 是目前煤層氣開采領(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)直接從地面開采未采動煤 層瓦斯難以實(shí)施。

針對留巷困難、鉆孔易破壞、瓦斯 抽采效果差等技術(shù)難題，提出深井煤層 群首采工作面外錯高抽巷Y型通風(fēng)方法， 有效解決高地壓礦井長距離留巷維護(hù)困 難的問題；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)外錯高 抽巷內(nèi)抽采鉆孔高效穩(wěn)定抽采采動卸壓 瓦斯；建立一面三巷、一巷多用、聯(lián)合 治理、無煤柱開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)研國內(nèi)千萬噸級綜放工作面生產(chǎn)地質(zhì)條件的基礎(chǔ)上，分析實(shí)現(xiàn)千萬噸級目標(biāo)綜放面所需的基本條件。測試工作面煤巖力學(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、開采技術(shù)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(shè)備配套的影響，分析千萬噸級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)安全高效開采的主要途徑。采用相似模擬試驗(yàn)，獲得采場圍巖運(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)及開采工藝，探索各參數(shù)對工作面生產(chǎn)能力的影響并提出在不同開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)千萬噸級綜放面開采地質(zhì)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(tǒng)研究大采高綜放采場圍巖運(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)場工業(yè)試驗(yàn)，保障了千萬噸級大采高綜放工作面平均日產(chǎn)達(dá) 3 萬t。(4)制定了“千萬噸級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)背景我國是有色及稀散金屬資源大國，產(chǎn)量更是在全球具有絕對控制地位。稀散有色金屬礦的開發(fā)利用給我國帶來巨大的經(jīng)濟(jì)效益，與此同時(shí)也帶來了嚴(yán)重的環(huán)境重金屬污染。稀散有色金屬礦經(jīng)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(huán)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(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環(huán)境保護(hù)領(lǐng)域的重要問題之一。二、技術(shù)內(nèi)容（1）新型深部充填減量化技術(shù)。開發(fā)一種價(jià)格低廉、材料來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)?；诘V物學(xué)--生物地球化學(xué)協(xié)同作用，開發(fā)已閉庫或無主尾礦庫的重度污染區(qū)的五層（無污染客土層、膨潤土密封層、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(fēng)險(xiǎn)和對周邊及重大流域構(gòu)成的嚴(yán)重環(huán)境威脅等問題，首先研究采選冶廢物處置環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)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(shù)評估方法；利用冶煉廢渣及尾礦庫內(nèi)堆存尾礦，研發(fā)新型膏體充填減量化、資源化技術(shù)；針對現(xiàn)役尾礦庫，利用硫酸鹽還原菌及寡營養(yǎng)鐵還原菌研發(fā)尾礦微生物原位成礦修復(fù)技術(shù)；針對已閉庫及無主尾礦庫，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)場實(shí)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(shù)進(jìn)行系統(tǒng)研究。分析工作面的地質(zhì)條件，測試工作面煤巖力學(xué)參數(shù)，掌握工作面煤巖力學(xué)特性；分析 71 煤開采對底板破壞影響規(guī)律，為工作面超前預(yù)注漿加固范圍提供依據(jù)；針對破碎頂板的特點(diǎn)，分析兩柱式和四柱式支架對破碎頂板的適應(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)場實(shí)測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)注漿套管難的問題。