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煤矿千米深井围岩控制及智能开采技术构想
http://www.ky81.com 时间:2023/5/20 14:56:07 来源:本站原创 点击次数:681

深地资源开发是我国未来科技发展的重要方向[1]。煤炭是我国的主体能源,埋深 2 000 m 以浅的煤炭资源总量为 5. 9 万亿 t,其中埋深超过 1 000 m 的占 50%以上,主要分布在我国中东部地区,该地区的煤矿大部分已进入深部开采[2-3]。为保证中东部经济快速发展的能源供给,千米深井煤炭资源开发势在必行,这对于保障国家能源安全、支撑经济发展具有重要战略意义。与浅部煤矿相比,千米深井地应力高、采动影响强烈,导致巷道围岩变形大、持 续 时 间 长、破 坏 严重[4-5]( 图 1) ; 采煤工作面矿压显现强烈,煤壁片帮、顶板冒落及支架损坏现象突出[6]; 传统浅部低应力、弱采动条件下的技术无法解决千米深井围岩控制难题。智能开采是实现安全高效采煤的有效途径[7]。我国仅基于一些浅部且地质条件简单矿井进行了煤矿智能化开采研究与应用[8],不适合高应力、强采动千米深井。为此,本文在国家重点研发计划项目“煤矿千米深井围岩控制及智能开采技术”的资助下,分析了煤矿千米深井围岩控制及智能开采技术现状和存 1. 1 深部围岩控制技术现状深部围岩控制包括巷道和采场围岩控制两个方面。在深部巷道围岩控制方面,德国处于国际领先水平。德国煤矿最大开采深度达到 1 750 m,GTA 公司等开发出 U 型钢可缩性拱形支架、锚杆支护联合架后充填的围岩控制技术,在鲁尔、萨尔、亚琛矿区得到成功应用。该技术在我国安徽新集矿区也进行了井下试验[9],如图 2 所示。德国技术的显著特点是巷道断面大( 平均 30 m2 ) 、工艺复杂、支护成本高昂,国内煤矿无法承受。美国、澳大利亚等世界主要产煤国家井工煤矿开采深度大多小于 600 m,地应力较低、采动影响较小,巷道普遍采用锚杆支护,围岩相对易于控制。强采动巷道进行柱式、垛式支架加强支护。该技术也不完全适合我国深部煤矿。

  1. 2 智能开采技术现状在智能化开采方面,多个国家进行了技术研发。德国率先在长壁工作面采用电液控制的高阻力液压支架,并借助传感器、无线传输、光纤网路等实现采煤机三维导航,以及支架与输送机的自动控制。美国卡特彼勒公司开发出埋深 600 m 以浅、采高小于 6. 0 m 的长壁综采工作面智能化开采技术与装备,久益公司开发出 IMSC 长壁工作面远程智能控制分析系统。澳大利亚联邦科学院研发出 LASC 技术,将高精度光纤陀螺仪和惯性导航技术应用于工作面设备,实现了工作面自动割煤。我国的煤炭智能开采技术在“十二五”期间也取得了快速发展,开发出以采煤机记忆截割、液压支架自动跟机及可视化远程监控为基础,以生产系统智能化控制软件为核心的综采成套装备智能系统( 图 3) ,并在黄陵、神东等矿区得到成功应用[21]。

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