國(guó)家科技進(jìn)步獎(jiǎng)答辯課件

匯報(bào)提綱一、立項(xiàng)背景與總體思路二、主要技術(shù)內(nèi)容及創(chuàng)新點(diǎn)三、技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)與知識(shí)產(chǎn)權(quán)四、應(yīng)用效益與促進(jìn)行業(yè)進(jìn)步匯報(bào)提綱一、立項(xiàng)背景與總體思路1一、立項(xiàng)背景與總體思路（一）煤炭開(kāi)采中的資源與環(huán)境問(wèn)題（二）解決相關(guān)問(wèn)題的總體思路（三）項(xiàng)目實(shí)施總體技術(shù)框架一、立項(xiàng)背景與總體思路（一）煤炭開(kāi)采中的資源與環(huán)境問(wèn)題2

煤矸石的露天排放問(wèn)題

我國(guó)現(xiàn)有矸石山1600余座，堆積量超過(guò)45億t，占地超過(guò)15000hm2。目前每年產(chǎn)矸量超過(guò)2.5億t。（一）煤炭開(kāi)采中的資源與環(huán)境問(wèn)題

矸石山除了占用大量的土地資源外，還會(huì)嚴(yán)重污染空氣和地下水，甚至存在爆炸危險(xiǎn)。煤矸石的露天排放問(wèn)題我國(guó)現(xiàn)有矸石山16003“三下”壓煤?jiǎn)栴}

我國(guó)的煤炭資源回收率僅為40%左右，“三下”（村莊下、道路下、水體下）壓煤是其重要根源。（一）煤炭開(kāi)采中的資源與環(huán)境問(wèn)題

新汶礦區(qū)“三下”壓煤高達(dá)2.67億噸，占可采儲(chǔ)量的70%多?！叭隆眽好?jiǎn)栴}我國(guó)的煤炭資源回收率僅4（二）解決相關(guān)問(wèn)題的總體思路解決問(wèn)題的總體思路技術(shù)措施矸石直接充填置換“三下”壓煤循環(huán)利用礦區(qū)廢棄物保護(hù)礦區(qū)土地與環(huán)境回收“三下”壓煤資源實(shí)施目標(biāo)存在問(wèn)題傳統(tǒng)辦法實(shí)際效果煤矸石的排放露天排放占用土地、污染環(huán)境、爆炸制磚等用量少、產(chǎn)品質(zhì)量、環(huán)保等問(wèn)題“三下”壓煤遷村開(kāi)采噸煤增加成本50元左右，歷史與文化問(wèn)題條帶開(kāi)采采出率50%傳統(tǒng)充填開(kāi)采沒(méi)有實(shí)現(xiàn)規(guī)模化推廣應(yīng)用（二）解決相關(guān)問(wèn)題的總體思路解決問(wèn)題的技術(shù)措施矸石直接5（三）項(xiàng)目實(shí)施總體技術(shù)框架矸石直接充填置換“三下”壓煤總體技術(shù)框架（三）項(xiàng)目實(shí)施總體技術(shù)框架矸石直接充填置換“三下”壓煤總體技6二、主要技術(shù)內(nèi)容及創(chuàng)新點(diǎn)（一）矸石充填開(kāi)采巖層控制理論（二）矸石充填開(kāi)采技術(shù)開(kāi)發(fā)及應(yīng)用（三）井下煤矸分離技術(shù)開(kāi)發(fā)及應(yīng)用（四）主要技術(shù)創(chuàng)新點(diǎn)二、主要技術(shù)內(nèi)容及創(chuàng)新點(diǎn)（一）矸石充填開(kāi)采巖層控制理論7（一）矸石充填開(kāi)采巖層控制理論

項(xiàng)目研究的難點(diǎn)之一

——建立矸石充填開(kāi)采巖層控制理論巖層移動(dòng)控制目標(biāo)充填技術(shù)控制目標(biāo)絕對(duì)不移動(dòng)充入與開(kāi)采等量的矸石控制移動(dòng)量建筑物損傷破壞：搬遷建筑物局部損傷：修補(bǔ)建筑物微小損傷：無(wú)需修補(bǔ)1.不同矸石充填量對(duì)應(yīng)的地表變形值2.同一矸石充填量對(duì)應(yīng)的地表最大變形值理論上需解決的問(wèn)題（一）矸石充填開(kāi)采巖層控制理論項(xiàng)目研究的難點(diǎn)之一巖層移動(dòng)控8充填開(kāi)采頂板下沉等價(jià)采高頂板下沉充填開(kāi)采

矸石充填開(kāi)采等價(jià)采高的概念（一）矸石充填開(kāi)采巖層控制理論

矸石充填開(kāi)采巖層移動(dòng)控制穩(wěn)定性判據(jù)Hmax——建筑物變形能承受的最大允許采高。等價(jià)采高充填開(kāi)采頂板下沉等價(jià)采高頂板下沉充填開(kāi)采矸石充9

矸石的松散與壓實(shí)性能自制實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)矸石碎脹系數(shù)與壓應(yīng)力矸石孔隙率與壓應(yīng)力（一）矸石充填開(kāi)采巖層控制理論矸石的松散與壓實(shí)性能自制實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)矸石碎脹系數(shù)與壓應(yīng)力矸石10

矸石充填開(kāi)采支架工作載荷計(jì)算公式pz——充填開(kāi)采支架載荷；

p——全高開(kāi)采支架載荷。相似材料模擬系統(tǒng)（一）矸石充填開(kāi)采巖層控制理論矸石充填開(kāi)采支架工作載荷計(jì)算公式pz——充填開(kāi)采支架載荷；11

矸石充填開(kāi)采等價(jià)采高Hz的理論計(jì)算公式H——實(shí)際采高；

hz——充填體空頂距（充實(shí)率控制參數(shù)）；k——初始?jí)簩?shí)系數(shù)（壓實(shí)率控制參數(shù)）；

——?dú)堄鄩簩?shí)系數(shù)。矸石充填開(kāi)采的技術(shù)控制指標(biāo)充實(shí)率hz壓實(shí)率k（一）矸石充填開(kāi)采巖層控制理論矸石充填開(kāi)采等價(jià)采高Hz的理論計(jì)算公式H——實(shí)際采高；矸12（二）矸石充填開(kāi)采技術(shù)開(kāi)發(fā)及應(yīng)用技術(shù)障礙傳統(tǒng)辦法開(kāi)采工作面不斷移動(dòng)采空區(qū)頂板隨采隨垮開(kāi)采面與采空區(qū)隔離水砂充填——水流為動(dòng)力風(fēng)力充填——風(fēng)流為動(dòng)力膏體充填——流體為動(dòng)力1.拆除開(kāi)采工作面與采空區(qū)之間的隔離屏障2.用同一支護(hù)系統(tǒng)掩護(hù)采煤與充填并行作業(yè)3.用矸石重力為充填主要?jiǎng)恿Γ虞o助壓實(shí)力創(chuàng)新與發(fā)明

項(xiàng)目研究的難點(diǎn)之二

——矸石充入采空區(qū)的空間、通道與動(dòng)力（二）矸石充填開(kāi)采技術(shù)開(kāi)發(fā)及應(yīng)用技術(shù)障礙傳13（二）矸石充填開(kāi)采技術(shù)開(kāi)發(fā)及應(yīng)用

發(fā)明綜采矸石充填技術(shù)工作面采空區(qū)傳統(tǒng)綜采液壓支架掩護(hù)斜梁工作面采空區(qū)綜采矸石充填液壓支架水平短梁（二）矸石充填開(kāi)采技術(shù)開(kāi)發(fā)及應(yīng)用發(fā)明綜采矸石充填技術(shù)工作14

綜采矸石充填原理（二）矸石充填開(kāi)采技術(shù)開(kāi)發(fā)及應(yīng)用矸石充填運(yùn)輸機(jī)充填工藝綜采矸石充填原理（二）矸石充填開(kāi)采技術(shù)開(kāi)發(fā)及應(yīng)用矸石充填運(yùn)15

綜采矸石充填壓實(shí)原理（二）矸石充填開(kāi)采技術(shù)開(kāi)發(fā)及應(yīng)用綜采矸石充填壓實(shí)系統(tǒng)工作原理綜采矸石充填壓實(shí)原理（二）矸石充填開(kāi)采技術(shù)開(kāi)發(fā)及應(yīng)用綜采矸16

綜采矸石充填工作面井下工況（二）矸石充填開(kāi)采技術(shù)開(kāi)發(fā)及應(yīng)用前部采煤后部充填綜采矸石充填工作面井下工況（二）矸石充填開(kāi)采技術(shù)開(kāi)發(fā)及應(yīng)用17普采與充填支護(hù)系統(tǒng)（二）矸石充填開(kāi)采技術(shù)開(kāi)發(fā)及應(yīng)用

發(fā)明普采矸石充填技術(shù)普采與充填工作面布置普采與充填支護(hù)系統(tǒng)充填系統(tǒng)普采與充填工作面布置普采矸石充填高速動(dòng)力拋?lái)窓C(jī)充填面開(kāi)采面普采與充填支護(hù)系統(tǒng)（二）矸石充填開(kāi)采技術(shù)開(kāi)發(fā)及應(yīng)用發(fā)明普采18應(yīng)用效果實(shí)例一比較項(xiàng)目全高開(kāi)采預(yù)計(jì)采高2.1m綜采充填預(yù)計(jì)等價(jià)采高0.6m綜采充填實(shí)測(cè)

最大下沉量/mm1580420380

最大水平變形/mm/m3.20.80.5

建筑物破壞等級(jí)ⅡⅠⅠ新汶翟鎮(zhèn)礦村鎮(zhèn)下綜采充填地表移動(dòng)預(yù)計(jì)與實(shí)測(cè)平均采深500m實(shí)際采高2.1m等價(jià)采高0.7m采出率85%（二）矸石充填開(kāi)采技術(shù)開(kāi)發(fā)及應(yīng)用綜采矸石充填地表下沉曲線對(duì)比圖

全高開(kāi)采預(yù)計(jì)采高2.1m15803.2Ⅱ綜采充填預(yù)計(jì)等價(jià)采高0.6m4200.8Ⅰ綜采充填實(shí)測(cè)3800.5Ⅰ應(yīng)用效果實(shí)例一比較項(xiàng)目全高開(kāi)采預(yù)計(jì)綜采充填預(yù)計(jì)綜采充填實(shí)測(cè)19應(yīng)用效果實(shí)例二比較項(xiàng)目全高開(kāi)采預(yù)計(jì)采高1.8m普采充填預(yù)計(jì)等價(jià)采高0.4m普采充填實(shí)測(cè)

最大下沉量/mm1365280257

最大水平變形/mm/m3.00.60.3

建筑物破壞等級(jí)ⅡⅠⅠ（二）矸石充填開(kāi)采技術(shù)開(kāi)發(fā)及應(yīng)用普采矸石充填地表下沉曲線對(duì)比圖

新汶盛泉礦工廣下普采充填地表移動(dòng)預(yù)計(jì)與實(shí)測(cè)平均采深450m

采高1.8m

等價(jià)采高0.4m

工作面采出率85%全高開(kāi)采預(yù)計(jì)采高1.8m13653.0Ⅱ普采充填預(yù)計(jì)等價(jià)采高0.4m2800.6Ⅰ普采充填實(shí)測(cè)2570.3Ⅰ應(yīng)用效果實(shí)例二比較項(xiàng)目全高開(kāi)采預(yù)計(jì)普采充填預(yù)計(jì)普采充填實(shí)測(cè)20應(yīng)用效果實(shí)例三比較項(xiàng)目全高巷采預(yù)計(jì)采高4.5m巷采充填預(yù)計(jì)等價(jià)采高0.6m巷采充填實(shí)測(cè)

最大下沉量/mm166032065

最大水平變形/mm/m2.50.50.1

建筑物破壞等級(jí)ⅡⅠⅠ（二）矸石充填開(kāi)采技術(shù)開(kāi)發(fā)及應(yīng)用巷采矸石充填地表下沉曲線對(duì)比圖

金能邢東礦工廣下巷采充填地表移動(dòng)預(yù)計(jì)與實(shí)測(cè)平均采深420m

采高4.5m

等價(jià)采高0.6m巷采充填預(yù)計(jì)等價(jià)采高0.6m3200.5Ⅰ巷采充填實(shí)測(cè)650.1Ⅰ全高巷采預(yù)計(jì)采高4.5m13653.0Ⅱ應(yīng)用效果實(shí)例三比較項(xiàng)目全高巷采預(yù)計(jì)巷采充填預(yù)計(jì)巷采充填實(shí)測(cè)21（三）井下煤矸分離技術(shù)開(kāi)發(fā)及應(yīng)用

井下煤矸分離方法煤矸分選原理與工藝流程圖50mm煤矸分選系統(tǒng)設(shè)備布置示意圖（三）井下煤矸分離技術(shù)開(kāi)發(fā)及應(yīng)用井下煤矸分離方法煤矸分選原22（四）主要技術(shù)創(chuàng)新點(diǎn)1、核心技術(shù)創(chuàng)新點(diǎn)

（1）發(fā)明了矸石直接充填置換煤的方法、工藝、與裝備，包括：綜采矸石充填、普采矸石充填和巷采矸石充填的技術(shù)與工藝，以及矸石充填液壓支架、充填運(yùn)輸機(jī)和高速動(dòng)力拋?lái)窓C(jī)等關(guān)鍵設(shè)備。

旁證材料：受理發(fā)明專利：2.3，2.9；授權(quán)實(shí)用新型專利：ZL2.6，ZL2.8，ZL2.8，ZL2.X，ZL2.4，ZL2.3；論文：“矸石充填采煤工藝及配套設(shè)備研究”等3篇。

（2）建立了矸石直接充填置換煤的巖層控制理論，為充填開(kāi)采設(shè)計(jì)和地表沉陷控制等提供了科學(xué)依據(jù)。旁證材料：授權(quán)發(fā)明專利：ZL2.4；授權(quán)實(shí)用新型專利：ZL2.2；論文：“矸石充填采煤中的礦壓顯現(xiàn)規(guī)律分析”。（四）主要技術(shù)創(chuàng)新點(diǎn)1、核心技術(shù)創(chuàng)新點(diǎn)（2）建232、其他重要技術(shù)創(chuàng)新點(diǎn)（3）成功開(kāi)發(fā)出了井下煤矸分選設(shè)備與系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)了煤流矸石不出井而直接置換煤的目標(biāo)。旁證材料：受理發(fā)明專利：2.7；論文：“旋轉(zhuǎn)沖擊式井下煤矸分離可行性研究”等2篇。（四）主要技術(shù)創(chuàng)新點(diǎn)

（4）將綜采、普采、巷采矸石充填置換煤技術(shù)成功用于安全、高效、高采出率回收“三下”壓煤和各類煤柱。旁證材料：受理發(fā)明專利：2.3、2.0；論文：“建筑物下條帶開(kāi)采煤柱矸石置換開(kāi)采的研究”。2、其他重要技術(shù)創(chuàng)新點(diǎn)（四）主要技術(shù)創(chuàng)新點(diǎn)24三、技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)與知識(shí)產(chǎn)權(quán)（一）指標(biāo)的先進(jìn)性（二）授權(quán)與受理專利（三）獲省部級(jí)獎(jiǎng)勵(lì)三、技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)與知識(shí)產(chǎn)權(quán)（一）指標(biāo)的先進(jìn)性25

本項(xiàng)技術(shù)已經(jīng)達(dá)到的指標(biāo)技術(shù)名稱適用性工作面生產(chǎn)能力(t/d)采出率(%)地表移動(dòng)控制創(chuàng)新性綜采充填技術(shù)適用于開(kāi)采地質(zhì)條件較好，產(chǎn)量要求高的礦井工作面。300085三種充填開(kāi)采方式都能將地表變形控制在建筑物允許變形值范圍內(nèi)三項(xiàng)技術(shù)都屬國(guó)內(nèi)外首創(chuàng)發(fā)明專利：2.3ZL2.42.32.02.72.9普采充填技術(shù)適用于開(kāi)采地質(zhì)條件較復(fù)雜，并有一定產(chǎn)量要求的礦井工作面。100085巷采充填技術(shù)適用于殘采塊段和斷層等邊角煤柱。300（一）指標(biāo)的先進(jìn)性本項(xiàng)技術(shù)已經(jīng)達(dá)到的指標(biāo)技術(shù)適用性工作面生產(chǎn)能力(t26

與其他“三下”開(kāi)采方式的比較（一）指標(biāo)的先進(jìn)性比較項(xiàng)目采出率(%)噸煤成本綜合效益矸石充填開(kāi)采85比遷村開(kāi)采噸煤低20~30元比條帶開(kāi)采噸煤高20~30元一噸矸石置換一噸煤保護(hù)土地、環(huán)境和資源遷村開(kāi)采85條帶開(kāi)采(房柱開(kāi)采)50傳統(tǒng)充填采煤如水砂充填、膏體充填等，由于充填工藝復(fù)雜，充填專用材料成本高和控制效果等原因，這些技術(shù)都沒(méi)有實(shí)現(xiàn)規(guī)?；茝V應(yīng)用。與其他“三下”開(kāi)采方式的比較（一）指標(biāo)的先進(jìn)性比較項(xiàng)目采出27

井下煤矸分選技術(shù)（一）指標(biāo)的先進(jìn)性比較項(xiàng)目成果及指標(biāo)與國(guó)內(nèi)外比較井下煤矸分選系統(tǒng)

研制了MGF-350型井下煤矸分選機(jī);煤矸處理能力350t/h；煤矸分離效率70%左右。

國(guó)內(nèi)外現(xiàn)有煤矸分選設(shè)備因尺寸、工藝和安全要求等因素限制，很難適用于井下。井下煤矸分選技術(shù)（一）指標(biāo)的先進(jìn)性比較項(xiàng)目成果及指標(biāo)與國(guó)內(nèi)28授權(quán)與受理專利名稱專利類別授權(quán)或受理號(hào)利用矸石置換村莊下壓煤的開(kāi)采方法發(fā)明專利2.3破碎巖體多相耦合蠕變?cè)囼?yàn)方法及其裝置發(fā)明專利ZL2.4矸石充填無(wú)煤柱開(kāi)采工作面采空區(qū)的方法發(fā)明專利2.3建筑物下矸石置換條帶煤柱的開(kāi)采方法發(fā)明專利2.0礦井煤矸分離方法及裝備發(fā)明專利2.7煤礦井下矸石處理方法發(fā)明專利2.9充填矸石液壓支架實(shí)用新型專利ZL2.6煤礦井下高速矸石充填皮帶機(jī)實(shí)用新型專利ZL2.X井下巷道矸石充填綜合輸送機(jī)實(shí)用新型專利ZL2.8煤礦井下雙向懸梁式推車機(jī)實(shí)用新型專利ZL2.8破碎巖體多相耦合蠕變?cè)囼?yàn)裝置實(shí)用新型專利ZL2.2采場(chǎng)充填用防堵塞攪拌槽實(shí)用新型專利ZL2.4充填用膠帶輸送機(jī)實(shí)用新型專利ZL2.3（二）授權(quán)與受理專利授權(quán)與受理專利名稱專利類別授權(quán)或受理號(hào)利用矸石置換村莊下壓煤29（三）獲省部級(jí)獎(jiǎng)勵(lì)“矸石置換煤關(guān)鍵技術(shù)研究與應(yīng)用”獲2007年度中國(guó)煤炭工業(yè)協(xié)會(huì)科技進(jìn)步一等獎(jiǎng)；“煤礦井下矸石充填技術(shù)與裝備研究(巷采充填)”獲2005年度中國(guó)煤炭工業(yè)協(xié)會(huì)科技進(jìn)步二等獎(jiǎng)。（三）獲省部級(jí)獎(jiǎng)勵(lì)“矸石置換煤關(guān)鍵技術(shù)研究與應(yīng)用”獲200730四、應(yīng)用效益與促進(jìn)行業(yè)科技進(jìn)步（一）應(yīng)用和經(jīng)濟(jì)社會(huì)效益（二）促進(jìn)行業(yè)科技進(jìn)步和競(jìng)爭(zhēng)力四、應(yīng)用效益與促進(jìn)行業(yè)科技進(jìn)步（一）應(yīng)用和經(jīng)濟(jì)社會(huì)效益31（一）應(yīng)用和經(jīng)濟(jì)社會(huì)效益

推廣應(yīng)用范圍

新汶、金能、淄博、兗州、棗莊、平頂山、徐州、霍州等礦區(qū)39個(gè)生產(chǎn)工作面。

推廣應(yīng)用前景

我國(guó)僅“三下”壓煤就超過(guò)137億噸，每年產(chǎn)矸量超過(guò)2.5億噸，再加有大量的粉煤灰和荒涼的黃土山等礦區(qū)固體廢棄物，使本項(xiàng)技術(shù)具有良好的市場(chǎng)推廣前景。

取得的經(jīng)濟(jì)效益近三年來(lái)，共取得直接經(jīng)濟(jì)效益94497.05萬(wàn)元。（一）應(yīng)用和經(jīng)濟(jì)社會(huì)效益推廣應(yīng)用范圍新汶、32（二）促進(jìn)行業(yè)科技進(jìn)步和競(jìng)爭(zhēng)力

本項(xiàng)技術(shù)是我國(guó)具有完全自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的綠色采煤技術(shù)之一，并能與現(xiàn)有采煤技術(shù)體系相銜接。本項(xiàng)目實(shí)現(xiàn)了提高資源回收率、提高矸石循環(huán)利用率以及保護(hù)土地資源、保護(hù)環(huán)境和保護(hù)建筑物等多重目標(biāo)，大力促進(jìn)了行業(yè)科技進(jìn)步，形成了整體技術(shù)優(yōu)勢(shì)，市場(chǎng)需求旺盛，具有顯著的市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)優(yōu)勢(shì)。（二）促進(jìn)行業(yè)科技進(jìn)步和競(jìng)爭(zhēng)力本項(xiàng)技術(shù)是我國(guó)具33匯報(bào)提綱一、立項(xiàng)背景與總體思路二、主要技術(shù)內(nèi)容及創(chuàng)新點(diǎn)三、技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)與知識(shí)產(chǎn)權(quán)四、應(yīng)用效益與促進(jìn)行業(yè)進(jìn)步匯報(bào)提綱一、立項(xiàng)背景與總體思路34一、立項(xiàng)背景與總體思路（一）煤炭開(kāi)采中的資源與環(huán)境問(wèn)題（二）解決相關(guān)問(wèn)題的總體思路（三）項(xiàng)目實(shí)施總體技術(shù)框架一、立項(xiàng)背景與總體思路（一）煤炭開(kāi)采中的資源與環(huán)境問(wèn)題35

煤矸石的露天排放問(wèn)題

我國(guó)現(xiàn)有矸石山1600余座，堆積量超過(guò)45億t，占地超過(guò)15000hm2。目前每年產(chǎn)矸量超過(guò)2.5億t。（一）煤炭開(kāi)采中的資源與環(huán)境問(wèn)題

矸石山除了占用大量的土地資源外，還會(huì)嚴(yán)重污染空氣和地下水，甚至存在爆炸危險(xiǎn)。煤矸石的露天排放問(wèn)題我國(guó)現(xiàn)有矸石山160036“三下”壓煤?jiǎn)栴}

我國(guó)的煤炭資源回收率僅為40%左右，“三下”（村莊下、道路下、水體下）壓煤是其重要根源。（一）煤炭開(kāi)采中的資源與環(huán)境問(wèn)題

新汶礦區(qū)“三下”壓煤高達(dá)2.67億噸，占可采儲(chǔ)量的70%多?！叭隆眽好?jiǎn)栴}我國(guó)的煤炭資源回收率僅37（二）解決相關(guān)問(wèn)題的總體思路解決問(wèn)題的總體思路技術(shù)措施矸石直接充填置換“三下”壓煤循環(huán)利用礦區(qū)廢棄物保護(hù)礦區(qū)土地與環(huán)境回收“三下”壓煤資源實(shí)施目標(biāo)存在問(wèn)題傳統(tǒng)辦法實(shí)際效果煤矸石的排放露天排放占用土地、污染環(huán)境、爆炸制磚等用量少、產(chǎn)品質(zhì)量、環(huán)保等問(wèn)題“三下”壓煤遷村開(kāi)采噸煤增加成本50元左右，歷史與文化問(wèn)題條帶開(kāi)采采出率50%傳統(tǒng)充填開(kāi)采沒(méi)有實(shí)現(xiàn)規(guī)模化推廣應(yīng)用（二）解決相關(guān)問(wèn)題的總體思路解決問(wèn)題的技術(shù)措施矸石直接38（三）項(xiàng)目實(shí)施總體技術(shù)框架矸石直接充填置換“三下”壓煤總體技術(shù)框架（三）項(xiàng)目實(shí)施總體技術(shù)框架矸石直接充填置換“三下”壓煤總體技39二、主要技術(shù)內(nèi)容及創(chuàng)新點(diǎn)（一）矸石充填開(kāi)采巖層控制理論（二）矸石充填開(kāi)采技術(shù)開(kāi)發(fā)及應(yīng)用（三）井下煤矸分離技術(shù)開(kāi)發(fā)及應(yīng)用（四）主要技術(shù)創(chuàng)新點(diǎn)二、主要技術(shù)內(nèi)容及創(chuàng)新點(diǎn)（一）矸石充填開(kāi)采巖層控制理論40（一）矸石充填開(kāi)采巖層控制理論

項(xiàng)目研究的難點(diǎn)之一

——建立矸石充填開(kāi)采巖層控制理論巖層移動(dòng)控制目標(biāo)充填技術(shù)控制目標(biāo)絕對(duì)不移動(dòng)充入與開(kāi)采等量的矸石控制移動(dòng)量建筑物損傷破壞：搬遷建筑物局部損傷：修補(bǔ)建筑物微小損傷：無(wú)需修補(bǔ)1.不同矸石充填量對(duì)應(yīng)的地表變形值2.同一矸石充填量對(duì)應(yīng)的地表最大變形值理論上需解決的問(wèn)題（一）矸石充填開(kāi)采巖層控制理論項(xiàng)目研究的難點(diǎn)之一巖層移動(dòng)控41充填開(kāi)采頂板下沉等價(jià)采高頂板下沉充填開(kāi)采

矸石充填開(kāi)采等價(jià)采高的概念（一）矸石充填開(kāi)采巖層控制理論

矸石充填開(kāi)采巖層移動(dòng)控制穩(wěn)定性判據(jù)Hmax——建筑物變形能承受的最大允許采高。等價(jià)采高充填開(kāi)采頂板下沉等價(jià)采高頂板下沉充填開(kāi)采矸石充42

矸石的松散與壓實(shí)性能自制實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)矸石碎脹系數(shù)與壓應(yīng)力矸石孔隙率與壓應(yīng)力（一）矸石充填開(kāi)采巖層控制理論矸石的松散與壓實(shí)性能自制實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)矸石碎脹系數(shù)與壓應(yīng)力矸石43

矸石充填開(kāi)采支架工作載荷計(jì)算公式pz——充填開(kāi)采支架載荷；

p——全高開(kāi)采支架載荷。相似材料模擬系統(tǒng)（一）矸石充填開(kāi)采巖層控制理論矸石充填開(kāi)采支架工作載荷計(jì)算公式pz——充填開(kāi)采支架載荷；44

矸石充填開(kāi)采等價(jià)采高Hz的理論計(jì)算公式H——實(shí)際采高；

hz——充填體空頂距（充實(shí)率控制參數(shù)）；k——初始?jí)簩?shí)系數(shù)（壓實(shí)率控制參數(shù)）；

——?dú)堄鄩簩?shí)系數(shù)。矸石充填開(kāi)采的技術(shù)控制指標(biāo)充實(shí)率hz壓實(shí)率k（一）矸石充填開(kāi)采巖層控制理論矸石充填開(kāi)采等價(jià)采高Hz的理論計(jì)算公式H——實(shí)際采高；矸45（二）矸石充填開(kāi)采技術(shù)開(kāi)發(fā)及應(yīng)用技術(shù)障礙傳統(tǒng)辦法開(kāi)采工作面不斷移動(dòng)采空區(qū)頂板隨采隨垮開(kāi)采面與采空區(qū)隔離水砂充填——水流為動(dòng)力風(fēng)力充填——風(fēng)流為動(dòng)力膏體充填——流體為動(dòng)力1.拆除開(kāi)采工作面與采空區(qū)之間的隔離屏障2.用同一支護(hù)系統(tǒng)掩護(hù)采煤與充填并行作業(yè)3.用矸石重力為充填主要?jiǎng)恿Γ虞o助壓實(shí)力創(chuàng)新與發(fā)明

項(xiàng)目研究的難點(diǎn)之二

——矸石充入采空區(qū)的空間、通道與動(dòng)力（二）矸石充填開(kāi)采技術(shù)開(kāi)發(fā)及應(yīng)用技術(shù)障礙傳46（二）矸石充填開(kāi)采技術(shù)開(kāi)發(fā)及應(yīng)用

發(fā)明綜采矸石充填技術(shù)工作面采空區(qū)傳統(tǒng)綜采液壓支架掩護(hù)斜梁工作面采空區(qū)綜采矸石充填液壓支架水平短梁（二）矸石充填開(kāi)采技術(shù)開(kāi)發(fā)及應(yīng)用發(fā)明綜采矸石充填技術(shù)工作47

綜采矸石充填原理（二）矸石充填開(kāi)采技術(shù)開(kāi)發(fā)及應(yīng)用矸石充填運(yùn)輸機(jī)充填工藝綜采矸石充填原理（二）矸石充填開(kāi)采技術(shù)開(kāi)發(fā)及應(yīng)用矸石充填運(yùn)48

綜采矸石充填壓實(shí)原理（二）矸石充填開(kāi)采技術(shù)開(kāi)發(fā)及應(yīng)用綜采矸石充填壓實(shí)系統(tǒng)工作原理綜采矸石充填壓實(shí)原理（二）矸石充填開(kāi)采技術(shù)開(kāi)發(fā)及應(yīng)用綜采矸49

綜采矸石充填工作面井下工況（二）矸石充填開(kāi)采技術(shù)開(kāi)發(fā)及應(yīng)用前部采煤后部充填綜采矸石充填工作面井下工況（二）矸石充填開(kāi)采技術(shù)開(kāi)發(fā)及應(yīng)用50普采與充填支護(hù)系統(tǒng)（二）矸石充填開(kāi)采技術(shù)開(kāi)發(fā)及應(yīng)用

發(fā)明普采矸石充填技術(shù)普采與充填工作面布置普采與充填支護(hù)系統(tǒng)充填系統(tǒng)普采與充填工作面布置普采矸石充填高速動(dòng)力拋?lái)窓C(jī)充填面開(kāi)采面普采與充填支護(hù)系統(tǒng)（二）矸石充填開(kāi)采技術(shù)開(kāi)發(fā)及應(yīng)用發(fā)明普采51應(yīng)用效果實(shí)例一比較項(xiàng)目全高開(kāi)采預(yù)計(jì)采高2.1m綜采充填預(yù)計(jì)等價(jià)采高0.6m綜采充填實(shí)測(cè)

最大下沉量/mm1580420380

最大水平變形/mm/m3.20.80.5

建筑物破壞等級(jí)ⅡⅠⅠ新汶翟鎮(zhèn)礦村鎮(zhèn)下綜采充填地表移動(dòng)預(yù)計(jì)與實(shí)測(cè)平均采深500m實(shí)際采高2.1m等價(jià)采高0.7m采出率85%（二）矸石充填開(kāi)采技術(shù)開(kāi)發(fā)及應(yīng)用綜采矸石充填地表下沉曲線對(duì)比圖

全高開(kāi)采預(yù)計(jì)采高2.1m15803.2Ⅱ綜采充填預(yù)計(jì)等價(jià)采高0.6m4200.8Ⅰ綜采充填實(shí)測(cè)3800.5Ⅰ應(yīng)用效果實(shí)例一比較項(xiàng)目全高開(kāi)采預(yù)計(jì)綜采充填預(yù)計(jì)綜采充填實(shí)測(cè)52應(yīng)用效果實(shí)例二比較項(xiàng)目全高開(kāi)采預(yù)計(jì)采高1.8m普采充填預(yù)計(jì)等價(jià)采高0.4m普采充填實(shí)測(cè)

最大下沉量/mm1365280257

最大水平變形/mm/m3.00.60.3

建筑物破壞等級(jí)ⅡⅠⅠ（二）矸石充填開(kāi)采技術(shù)開(kāi)發(fā)及應(yīng)用普采矸石充填地表下沉曲線對(duì)比圖

新汶盛泉礦工廣下普采充填地表移動(dòng)預(yù)計(jì)與實(shí)測(cè)平均采深450m

采高1.8m

等價(jià)采高0.4m

工作面采出率85%全高開(kāi)采預(yù)計(jì)采高1.8m13653.0Ⅱ普采充填預(yù)計(jì)等價(jià)采高0.4m2800.6Ⅰ普采充填實(shí)測(cè)2570.3Ⅰ應(yīng)用效果實(shí)例二比較項(xiàng)目全高開(kāi)采預(yù)計(jì)普采充填預(yù)計(jì)普采充填實(shí)測(cè)53應(yīng)用效果實(shí)例三比較項(xiàng)目全高巷采預(yù)計(jì)采高4.5m巷采充填預(yù)計(jì)等價(jià)采高0.6m巷采充填實(shí)測(cè)

最大下沉量/mm166032065

最大水平變形/mm/m2.50.50.1

建筑物破壞等級(jí)ⅡⅠⅠ（二）矸石充填開(kāi)采技術(shù)開(kāi)發(fā)及應(yīng)用巷采矸石充填地表下沉曲線對(duì)比圖

金能邢東礦工廣下巷采充填地表移動(dòng)預(yù)計(jì)與實(shí)測(cè)平均采深420m

采高4.5m

等價(jià)采高0.6m巷采充填預(yù)計(jì)等價(jià)采高0.6m3200.5Ⅰ巷采充填實(shí)測(cè)650.1Ⅰ全高巷采預(yù)計(jì)采高4.5m13653.0Ⅱ應(yīng)用效果實(shí)例三比較項(xiàng)目全高巷采預(yù)計(jì)巷采充填預(yù)計(jì)巷采充填實(shí)測(cè)54（三）井下煤矸分離技術(shù)開(kāi)發(fā)及應(yīng)用

井下煤矸分離方法煤矸分選原理與工藝流程圖50mm煤矸分選系統(tǒng)設(shè)備布置示意圖（三）井下煤矸分離技術(shù)開(kāi)發(fā)及應(yīng)用井下煤矸分離方法煤矸分選原55（四）主要技術(shù)創(chuàng)新點(diǎn)1、核心技術(shù)創(chuàng)新點(diǎn)

（1）發(fā)明了矸石直接充填置換煤的方法、工藝、與裝備，包括：綜采矸石充填、普采矸石充填和巷采矸石充填的技術(shù)與工藝，以及矸石充填液壓支架、充填運(yùn)輸機(jī)和高速動(dòng)力拋?lái)窓C(jī)等關(guān)鍵設(shè)備。

旁證材料：受理發(fā)明專利：2.3，2.9；授權(quán)實(shí)用新型專利：ZL2.6，ZL2.8，ZL2.8，ZL2.X，ZL2.4，ZL2.3；論文：“矸石充填采煤工藝及配套設(shè)備研究”等3篇。

（2）建立了矸石直接充填置換煤的巖層控制理論，為充填開(kāi)采設(shè)計(jì)和地表沉陷控制等提供了科學(xué)依據(jù)。旁證材料：授權(quán)發(fā)明專利：ZL2.4；授權(quán)實(shí)用新型專利：ZL2.2；論文：“矸石充填采煤中的礦壓顯現(xiàn)規(guī)律分析”。（四）主要技術(shù)創(chuàng)新點(diǎn)1、核心技術(shù)創(chuàng)新點(diǎn)（2）建562、其他重要技術(shù)創(chuàng)新點(diǎn)（3）成功開(kāi)發(fā)出了井下煤矸分選設(shè)備與系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)了煤流矸石不出井而直接置換煤的目標(biāo)。旁證材料：受理發(fā)明專利：2.7；論文：“旋轉(zhuǎn)沖擊式井下煤矸分離可行性研究”等2篇。（四）主要技術(shù)創(chuàng)新點(diǎn)

（4）將綜采、普采、巷采矸石充填置換煤技術(shù)成功用于安全、高效、高采出率回收“三下”壓煤和各類煤柱。旁證材料：受理發(fā)明專利：2.3、2.0；論文：“建筑物下條帶開(kāi)采煤柱矸石置換開(kāi)采的研究”。2、其他重要技術(shù)創(chuàng)新點(diǎn)（四）主要技術(shù)創(chuàng)新點(diǎn)57三、技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)與知識(shí)產(chǎn)權(quán)（一）指標(biāo)的先進(jìn)性（二）授權(quán)與受理專利（三）獲省部級(jí)獎(jiǎng)勵(lì)三、技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)與知識(shí)產(chǎn)權(quán)（一）指標(biāo)的先進(jìn)性58

本項(xiàng)技術(shù)已經(jīng)達(dá)到的指標(biāo)技術(shù)名稱適用性工作面生產(chǎn)能力(t/d)采出率(%)地表移動(dòng)控制創(chuàng)新性綜采充填技術(shù)適用于開(kāi)采地質(zhì)條件較好，產(chǎn)量要求高的礦井工作面。300085三種充填開(kāi)采方式都能將地表變形控制在建筑物允許變形值范圍內(nèi)三項(xiàng)技術(shù)都屬國(guó)內(nèi)外首創(chuàng)發(fā)明專利：2.3ZL2.42.32.02.72.9普采充填技術(shù)適用于開(kāi)采地質(zhì)條件較復(fù)雜，并有一定產(chǎn)量要求的礦井工作面。100085巷采充填技術(shù)適用于殘采塊段和斷層等邊角煤柱。300（一）指標(biāo)的先進(jìn)性本項(xiàng)技術(shù)已經(jīng)達(dá)到的指標(biāo)技術(shù)適用性工作面生產(chǎn)能力(t59

與其他“三下”開(kāi)采方式的比較（一）指標(biāo)的先進(jìn)性比較項(xiàng)目采出率(%)噸煤成本綜合效益矸石充填開(kāi)采85比遷村開(kāi)采噸煤低20~30元比條帶開(kāi)采噸煤高20~30元一噸矸石置換一噸煤保護(hù)土地、環(huán)境和資源遷村開(kāi)采85條帶開(kāi)采(房柱開(kāi)采)50傳統(tǒng)充填采煤如水砂充填、膏體充填等，由于充填工藝復(fù)雜，充填專用材料成本高和控制效果等原因，這些技術(shù)都沒(méi)有實(shí)現(xiàn)規(guī)模化推廣應(yīng)用。與其他“三下”開(kāi)采方式的比較（一）指標(biāo)的先進(jìn)性比較項(xiàng)目采出60

井下煤矸分選技術(shù)（一）指標(biāo)的先