煤炭资源安全高效开采技术的发展现状及方向PPT课件.ppt

煤炭资源安全高效开采技术的发展现状及方向第一部分煤炭在我国能源保障体系建设中的地位煤炭在我国能源保障体系建设中的地位煤炭资源储量年份煤炭资源储量在化石能源中的地位①我国近十年煤炭产量情况②2010年煤炭产量及2020年需求量预计国家目前仍然处于基础设施建设、制造业和城市化的高峰期，对矿产品的需求仍然以较高的速度增长。2010年煤炭产量33亿t（占世界产煤总量的45%），“十二五”末规划38亿t，增长24.6%。③煤炭生产在我国能源结构中的比重煤炭资源在能源保障体系建设中的地位我国煤炭开采理论发展的成就2.1理论发展成就1.针对煤矿采场不断推进的工程特点，以及实现煤矿安全高效开采必须面对复杂多变的地理环境和煤层地质条件的现实，明确了理论建设的指导思想和体系，科学的定义了相关学术名词和术语，正确的阐述了相应的基本概念。主要成果包括：(1)严格的区分和定义了“矿山压力”（促使围岩向已采空间运动的力）和“矿山压力显现”（在矿山压力作用下产生的围岩破坏及支架受力现象）两个基本概念，正确的指出“矿山压力”存在的绝对性（采动即有）和“矿山压力显现”的相对性，以及矿山压力控制（设计）的目标就是把“矿山压力显现”控制在安全上可靠、技术上可能、经济上合理的范围。(2)正确指出由于采场不断推进，无论是“矿山压力”还是“矿山压力显现”都在不断发展变化之中，它的变化是有规律的，这个规律是岩层运动和破坏决定的。明确的提出矿山压力控制研究必须以“岩层运动为中心”，把不同采动条件下覆岩运动和支承压力大小分布范围及其发展变化的规律，包括相关动态结构模型的建设和相关结构参数的确定放在首要地位。(3)正确指出任何开采深度条件下，影响“矿山压力显现”的岩层范围是有限的，即采动破坏失去向四周支承传递作用力的岩层（直接顶）和保持了传递作用力联系，运动时对矿压显现明显影响的岩层（老顶）两个部分；可知的，即通过岩层动态监测可以确定；可变的，即可通过采动条件的变更加以改变。(4)对于可能垮坍的冒落岩层（直接顶）一般只能取坚决顶住，即“给定载荷”的控制方案，对“老顶”相关岩层的运动，则可以根据安全可靠、技术可能、经济合理的原则和相应的力学保证条件，分别采取“给定变形”，即将作用力完全转移给四周支承体上，和“限定变形”，即将沉降限定到要求状态（位态）两种方案。明确指出对于老顶相关岩层的运动，不分条件地采用强顶硬抗的控制方案是不科学的、错误的。2.根据安全高效开采，特别是顶板冲击地压、瓦斯煤层突出、透水突水及开采沉陷灾害有效控制的目标，建立、发展并逐步完善了以“采动覆岩运动和支承压力分布”为核心的采场结构力学模型和各类重大事故控制决策结构力学模型体系，以及相关结构参数确定的方法、数学力学模型的建设。把煤矿安全高效生产，特别是重大事故的控制决策从统计经验推进到针对具体煤层条件科学定量的发展阶段。(1)科学的界定了采场结构力学模型的内涵和结构模型的结构组成特征。创造性的针对定量控制设计需要，把采场推进过程中分布在四周煤壁上的支承压力分为煤壁已进入破坏，其受力由工作面长度等采动条件确定的“结构拱”内岩层运动决定的“内应力场”和“结构拱”内、外参与运动的岩层作用力决定的“外应力场”两个部分。(2)正确的指出采场结构模型（包括结构组成合相关结构参数）随采场推进处于不断发展变化之中，并从控制的差异出发，界定了“第一次来压”和“正常推进”两个发展阶段，并深入揭示了两个发展阶段动态结构模型的结构组成和结构参数运动发展的规律。S(3)在深入揭示动态结构模型发展规律，特别是支承压力分布和岩层运动关系的基础上，创造性提出了通过“矿山压力显现”推断支承压力分布（包括分布范围及“内应力场”、“外应力场”及应力高峰位置）预测采场顶板来压的“井下岩层动动态观测研究方法”，并成功研究相关监测仪表测试系统，较好的解决了通过现场实测确定相关结构参数问题。5.通过大量现场事故案例分析和成功的控制实践，深刻揭示重大事故与生产现场“采场结构模型”建设关系的研究基础上，在推进重大事故控制决策模型体系的建设研究方面取得了重大进展。顶板灾害控制①有“内应力场”的结构力学模型a.单岩梁老顶结构b.多岩梁老顶结构②无“内应力场”的结构力学模型a.单岩梁老顶结构b.多岩梁老顶结构①直接顶厚度确定a.理论判定b.实测推断②老顶厚度确定a.实测推断单一岩梁和多岩梁上覆岩层结构组成情况及其采场矿压显现如图a、图b所示b.理论判定挠度法相邻岩层同时运动（组成同一岩梁）则：相邻岩层分别运动（构成不同岩梁）则：裂断步距法①支架支护方案确定a.工况方案直接顶：给定载荷老顶：可给定变形也可限定变形b.控制目标和准则直接顶：给定载荷老顶：对下位岩梁限定变形定载荷，上位岩梁给定变形定缩量以防止坚硬岩梁动态冲击要求对下位岩梁限定变形定阻力、对上位岩梁给定变