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王家臣教授:我国综放开采40年及展望

王家臣教授:我国综放开采40年及展望 矿山安全天地
2023-03-01
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导读:追溯了厚及特厚煤层综放开采技术的早期发展历程,阐述了高位放煤,中位放煤,以及低位放煤综放支架结构形态演化过程。

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创新点
(1)追溯了厚及特厚煤层综放开采技术的早期发展历程,阐述了高位放煤,中位放煤,以及低位放煤综放支架结构形态演化过程。
(2)划分了我国综放开采40年发展历程:前20年探索和推广应用阶段,形成了高产高效综放开采模式、“三软”厚煤层综放开采模式、“两硬”厚煤层综放开采模式、急倾斜厚煤层综放开采模式等;后20年技术创新和输出阶段,在特厚煤层大采高综放开采技术、急倾斜厚煤层开采技术、智能化开采与智能放煤技术等方面取得了突破性进展,实现了综放开采技术出口。
(3)总结了我国综放开采40年来科技攻关技术进展、理论进展、科技成果学术交流情况,明确了综放工作面的全面智能化开采基于采动岩层运动的科学开采体系、综放开采低碳路径等是下一步需要集中解决的研究方向。
视频讲解

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我国综放开采40年及展望

作者王家臣1,2
单位:1.中国矿业大学(北京) 能源与矿业学院;2. 放顶煤开采煤炭行业工程研究中心
研究背景
 RESEARCH  BACKGROUND 

综合机械化放顶煤开采技术(简称综放开采) 是开采厚煤层的有效方法,实现了厚煤层一次采全高开采,是开采厚煤层的一项革命性技术,解决了厚煤层 分层开采时上分层遗留煤柱导致的应力集中、下分层采空区易发火和巷道支护困难、首采分层瓦斯相对涌出量大、产量低、成本高等难题。与大采高开采技术相比,综放开采具有投资少、成本低、能耗低、排放低、适应煤层厚度变化大等优点。我国从1982 年开始研究试验长壁工作面综放开采技术,40a来取得了巨大成功和重大科技创新,综放开采技术已经成为我国开采厚煤层的主要方法,也是我国在世界煤炭开采行业 的标志性技术。

经过40a的探索、创新和发展,我国综放开采技术取得了举世瞩目的成绩,从早期的炮采放顶煤、普采放顶煤、轻型支架放顶煤、综采放顶煤,发展到今天全面推广综采放顶煤,并形成了多种条件的综放开采技术。在放煤方式上,从应用综放技术初期的高位放煤、中位放煤,到目前普遍使用的低位放煤方式。 最近20a来,各煤矿企业在厚煤层中广泛采用综放开采技术,而且支架趋于重型化、大型化,支架额定工作阻力逐渐增大。 目前综放支架最大高度达7m,额定工作阻力最大达21000 kN。 支架的架型也从早期的四柱式发展到今天的四柱式与两柱式并存。 走向长壁综放开采的煤层厚度最大可达20m、煤层倾角最大可达 60°,工作面的采高从2~7m,工作面产量最大可达1500万t/a。煤层厚度大于20m的急倾斜煤层,开发了水平分段综放开采技术,工作面产量可达400万t/a。 应用综放开采技术的开采深度100~1000m,煤层单轴抗压强度可达35MPa,综放开采在我国展现出了巨大的技术优势和宽广的适用范围。2004年我国综放开采技术和装备输出到澳大利亚,2006年在澳斯达煤矿投入应用,2022年又输出到土耳其等欧洲国家,真正实现了从技术引进到技术输出的华丽转身。

摘要
 ABSTRACT
我国应用和创新发展综放开采技术40a来,取得了巨大成功和重大科技创新,实现了厚煤层一次采全高和高产高效低成本开采,综放开采技术已经成为我国开采厚煤层的主要方法,也是我国在世界煤炭开采行业的标志性技术。在综放开采技术发展过程中,先后试验了高位放煤、中位放煤、低位放煤,最终形成了我国的低位放煤综放开采技术。支架结构形式从早期的四柱支架发展到 今天四柱与两柱并存的局面,对于智能开采工作面两柱支架更具优势。 
我国的综放开采技术可以分为2个阶段。 在前20a的探索和推广应用阶段,针对我国煤层条件,充分发挥了综放开采的技术优势,形成了高产高效综放开采模式、“ 三软” 厚煤层综放开采模式、“ 两硬” 厚煤层综放开采模式、急倾斜厚煤层综放开采模式等。在最近20a的技术创新和输出阶段,我国创造性地开发了特厚煤层大采高综放开采技术、急倾斜厚煤层综放开采技术等,在智能化开采与智能放煤技术等方面取得了突破性进展,实现了综放开采技术从引进到输出的飞跃式发展。 我国已经形成了一批专注综放开采技术研究的科技队伍,无论是综放开采的理论成果,还是技术成果都遥遥领先于世界其他国家。综放开采技术的进一步发展需要集中到综放工作面的全面智能化开采、智能放煤技术开发,提高工作面端头顶煤采出率技术,开发基于采动岩层运动的保水开采、绿色开采和减灾开采等技术,建立覆岩运动的统一场理论,研究综放开采低碳技术路径。


部分图片

图 1 单输送机综放支架


图 2 双输送机综放支架


图 3 采空区探巷观测到的残留煤炭分布


图 4 放煤椭球体


图 5 BBR研究体系


作者简介
 

王家臣,中国矿业大学(北京)二级教授、博导。任国务院学位委员会第七届矿业工程学科评议组成员、第八届矿业工程/石油与天然气工程学科评议组成员(秘书长),教育部高等学校矿业类教学指导委员会副主任委员,国际煤炭研究联盟主席。入选国家百千万人才工程、有突出贡献中青年专家、享受国务院政府特殊津贴,全国优秀教师,全国高校黄大年式教师团队负责人,全国教材建设先进个人。主持国家自然科学基金重点项目、“973”课题等多项国家级项目和横向项目。获孙越崎能源大奖、美国Syd S.Peng国际采矿岩层控制奖;国家级教学成果二等奖1项;国家科技进步奖一等奖1项、二等奖3项。


来源:

王家臣.我国综放开采 40 年及展望[J].煤炭学报,2023,48(1):83-99.

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