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王家臣 中国矿业大学 ( 北京 ) 2013-03

煤炭科学开采内涵及思考. 王家臣 中国矿业大学 ( 北京 ) 2013-03. 提纲. 我国煤炭资源开采特点 我国煤炭开采的主要问题 科学采矿的内涵 科学采矿技术进展 急需解决的问题. 40.1%. 40.6%. 3.8%. 2.6%. 4.5%. 5.8%. 2.6%. 1. 我国煤炭开采特点. The distribution of coal resource in China. 煤炭资源赋存特点. 与经济发达程度、水资源丰度呈逆向分布 高瓦斯、突出矿井多， 50% 多煤层开采，反复扰动 地质构造复杂，机械化困难、安全难度大 水患威胁严重.

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王家臣 中国矿业大学 ( 北京 ) 2013-03

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  1. 煤炭科学开采内涵及思考 王家臣 中国矿业大学(北京) 2013-03

  2. 提纲 • 我国煤炭资源开采特点 • 我国煤炭开采的主要问题 • 科学采矿的内涵 • 科学采矿技术进展 • 急需解决的问题

  3. 40.1% 40.6% 3.8% 2.6% 4.5% 5.8% 2.6% 1.我国煤炭开采特点 The distribution of coal resource in China

  4. 煤炭资源赋存特点 • 与经济发达程度、水资源丰度呈逆向分布 • 高瓦斯、突出矿井多，50% • 多煤层开采，反复扰动 • 地质构造复杂，机械化困难、安全难度大 • 水患威胁严重

  5. 煤炭生产特点 • 产量大, 12年达37.4亿t,占世界煤炭产量51% • 开采强度大(2500万t/a) • 地下开采比例大,达90%，矿井数量多:1.5万处 • 多种所有制并存 • 不同所有制、不同地区技术差别大 • 煤炭产量持续大幅度增加(近2亿t/a)

  6. The coal production ratio of the surface to the underground mining in the world

  7. The Coal Production during “Eleventh Five Plan” 大型基地建设取得成效。2010年14个大基地产量达28亿吨，占全国煤炭产量的87.5% Coal output(0.1 billion ) Increase ratio 内蒙古、山西、河南、贵州、山东、安徽、河北、新疆等 八省区的年煤炭产量超过亿吨，总产量23.5亿吨，占全国的72.53%

  8. 国有重点煤矿 68.75亿吨State-operated coal enterprise 乡镇煤矿52.36亿吨 Small coal enterprise 国有地方煤矿17.93亿吨 Local state-operated coal enterprise “十一五”期间各所有制煤炭产量累计

  9. 2、我国煤炭开采的主要问题 • 伤亡事故多,安全形势严峻 • 资源回收率低 • 机械化程度不均衡 • 环境修复与再造需要加强 • 行业总体收入不高

  10. Fatalities Accident Events Fatalities per 1000 thousand tons of coal 我国煤矿事故起数由2005年的3306起下降到2010年的1403起，下降了57.6%；死亡人数由2005年的5983人下降到2010年的2433人，下降了59%；煤炭百万吨死亡率由2.811下降到0.749，下降了73%。 The safety situation per year during “Eleventh Five Plan” 2011年百万吨死亡率0.564

  11. 十一五期间不同所有制的煤炭产量、死亡人数和百万吨死亡率十一五期间不同所有制的煤炭产量、死亡人数和百万吨死亡率

  12. “十一五”期间全国各省市煤矿死亡人数

  13. Most Dangerous Professions in the U.S.(fatalities per 100,000 workers) - Fishermen & Crabbers (111.8) - Loggers (86.4) - Pilots & Flight Engineers (66.7) - Iron & Steel Workers (45.5) - Oil & Gas Production (43.9) - Farmers & Ranchers (38.4) - Coal Miners (29.9) - Roofers (29.4) - Electrical Power Line Installers/Repairers (29.1) - Truck Drivers (26.2) - Refuse & Recyclable Material Collectors (22.8) - Police & Patrol Officers (21.4) Source: US Labor Statistics

  14. 3.科学采矿的内涵 科学采矿:是一个抽象概念，但有其具体内涵： （1）安全生产，主要安全指标达到或接近先进采煤国家水平，或者好于全国其它基础行业； （2）机械化或自动化开采以提高生产效率和改善作业条件，工人作业不但安全，还应舒适； （3）提高煤炭及伴生资源采出率，最大限度地节约或采出地下资源及伴生资源，满足或高于国家和行业标准； （4）煤矿开采必须在全国或地区环境容许的承载能力之内，且对开采扰动造成的环境损害进行修复； （5）清洁、节约、可持续发展，实现零排放。

  15. 全国范围内有序开采、科学开采 由国家有关部门负责 科学采矿的实现 煤矿企业内有序开采、科学开采 由企业内部负责

  16. 4.科学采矿技术进展 4.1 特厚煤层开采 （1）大采高开采(≥ 6m) 工作面月产150万吨、采高7米、支架阻力20000KN水平

  17. ZF15000/28/52 shield support for top-coal caving （2）放顶煤开采(≥ 12m) • 特厚煤层 • 软煤层 • 急倾斜特厚煤层 • 近距离煤层合层综放 • 工作面月产150万吨 (≥ 6m)

  18. （3）支架工作阻力迅速增加 大工作阻力支架有利于控制顶板下沉和提高支架可靠性，有利于防止煤壁片帮和端面漏冒；因此,在经济和矿井条件允许情况下，普遍趋向采用大阻力支架，在近10年来支架工作阻力增加了一倍，平均每年以1000KN的速度增加,目前达到20000KN的水平。 美国支架工作阻力逐年增加 最近的25年来,美国支架工作阻力平均每年增加20 短吨（177.8 KN），目前最大支架工作阻力达到1330短吨（11827 KN）

  19. （1）地面塌陷 （2）坚硬顶板控制 （3）底板破坏与突水 4.2 充填开采 工作面最高月产煤炭8万吨

  20. 4.3 自动化开采与远程控制

  21. 4.4 煤与瓦斯共采

  22. 3 3 3 3 2 2 2 2 4 4 4 4 5 5 5 5 1 1 1 1 4.5 大倾角综采 工作面综采可以达到60°煤层 （1）工作面先移排头架，自下而上移架 （2）移排头架，间隔交叉移架，互为依托

  23. 4.6 微生物复垦 增加养分吸收 土地贫瘠 塌陷区治理难点 菌根生态功能 节约水分利用 干旱缺水 根系拉伤 修复根系功能 微生物复垦试验示范基地建设 以简单的微生物技术取代大规模整地工程技术，因地制宜布设示范区

  24. 对照 接菌 向日葵在生长3个月后，接种菌根效果显著，开花期提前2周，花盘明显增大（种植2年均有此规律）

  25. 掘巷前 掘巷后 掘巷前 掘巷后 沿空掘巷引起的煤帮应力重新分布 窄煤柱护巷引起的煤帮应力重新分布 5.急需解决的问题 5.1 提高特厚煤层开采回收率 （1）煤柱留设与无煤柱开采 一般煤柱宽度20~30m，占煤损的10~15%。 建议沿空留巷，充填材料护巷，无煤柱开采

  26. （2）尽可能加大工作面长度和可采长度 ＞1200ft/4% ＜ 601ft/2% 1001~1200ft/11% 601~800ft/13% 800~1000ft/70% 2005年美国长壁工作面长度统计 最大1450ft(442m) 平均978ft(298m) 2005年美国长壁工作面可采长度统计 最大16000ft(4877m) 平均8629ft(2629m)

  27. Beacher’s Model 大同朱罗系煤体三维网络 平朔煤体三维网络 （3）确定合理采高与工艺方法 工作面回收率 合理采高，以提高回收率为目标 大采高 放顶煤 顶煤回收率是关键

  28. 顶煤跟踪仪

  29. 工作面钻孔安装顶煤跟踪标签

  30. （4）放顶煤开采的采选综合效益最大化 采煤与选煤回收率 与含矸率的关系 放顶煤开采工作面回收率 与含矸率的关系

  31. 放顶煤开采工作面采选综合效益最大化数学模型放顶煤开采工作面采选综合效益最大化数学模型 煤层A 煤层B R—工作面可采储量; Rws—工作面含矸率。

  32. 5.2 提高充填开采效率和降低开采成本 （1）充填开采的目的 农田下 村庄下 水体下 铁路与道路下 坚硬顶板冲击 底板破坏突水 （2）建立不同充填开采目的的技术准则 （3）建立充填开采支架围岩关系及控制目标

  33. 5.3 矿区科学规划和有序开采 （1）考虑环境、水资源的承载能力 （2）保证煤炭及伴生资源的回收率 （3）先易后难，保障安全开采条件 （4）改善作业条件 5.4 开采的安全保障 （1）矿井条件 （2）安全技术与装备 （3）安全管理 （4）安全监察与监管 （5）人员素质 避免3人以上事故 减少死亡事故

  34. 5.5 提高工资成本 （1）提高人员素质 （2）提高人员工资 （3）遇到困难首先降低员工工资的做法值得商榷 （4）管理人员与技术干部要经常出去学习、交流 提高从业人员素质 5.6 科学人才培养 （1）力学 （2）机电与信息 （3）数学与计算机 （4）资源经济与环境 （5）管理与文化 人才是根本

  35. Thanks Welcome to China University of Mining and Technology— Beijing

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