项目简介 : 低透气性高瓦斯煤层群的安全高效开采是我国煤炭资源开采过程中长期面临的重大难题, 保护层开采是实现高瓦斯煤层群卸压消突与瓦斯高效抽采的根本措施一般选择无突出危险或突出危险较低的薄煤层或较薄煤层作为保护层进行开采, 然而, 长期以来, 薄煤层开采劳动强度大自动化程度以及安全系数低抽采

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丝鱼
5 years ago
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1 江苏省推荐申报 2017 年度国家科技进步奖奖励项目项目名称高瓦斯煤层群无人工作面煤与瓦斯共采关键技术及应用推荐单位 ( 专家 ) 意见 : 高瓦斯煤层群的安全高效开采是我国煤炭资源开采过程中长期面临的重大难题, 保护层开采是实现煤层群卸压消突与瓦斯高效抽采的根本措施一般选择无突出危险或突出危险较低的薄煤层或较薄煤层作为保护层进行开采, 然而, 薄煤层开采难度大煤层群开采卸压效果差及瓦斯抽采效率低等重大共性难题长期存在为此, 在国家自然科学基金等项目支持下, 中国矿业大学联合山西焦煤集团华北科技学院等企业与科研院所开展了高瓦斯煤层群无人工作面煤与瓦斯共采关键技术攻关研究项目首次建立了无人工作面系统工程模型, 自主构建了自动化无人工作面开采技术体系, 开发了无人工作面采煤机自主定位技术自主设计并建设完成了煤体吸附瓦斯气体受载煤体注气驱替瓦斯以及高温三轴孔渗测试系统, 揭示了卸压开采过程中瓦斯吸附解吸特性卸压裂隙煤体的应力 - 裂隙 - 渗流特性以及注气驱替瓦斯的机理首次提出并研制了密封叠环式动态封孔技术和装备, 发明了多层同抽的自适应变形瓦斯抽采管路, 提出并应用了高瓦斯煤层群多维网络化瓦斯抽采技术, 实现了煤与瓦斯安全高效共采项目研究成果创新性强, 在理论与技术方面均取得重大突破, 为无人工作面开采低透气性高瓦斯煤层群煤与瓦斯共采提供了基础理论技术体系和工程示范, 研究成果在全国 40 余个矿井进行了推广应用, 为煤层群资源开发提供了技术支持与安全保障, 技术经济优势明显, 整体达到国际领先水平推荐该项目为国家科学技术进步奖一等奖

2 项目简介 : 低透气性高瓦斯煤层群的安全高效开采是我国煤炭资源开采过程中长期面临的重大难题, 保护层开采是实现高瓦斯煤层群卸压消突与瓦斯高效抽采的根本措施一般选择无突出危险或突出危险较低的薄煤层或较薄煤层作为保护层进行开采, 然而, 长期以来, 薄煤层开采劳动强度大自动化程度以及安全系数低抽采钻孔易扭曲易塌孔易伸缩煤层群卸压效果不理想及瓦斯抽采效率低等重大共性难题没有得到有效解决为此, 项目从保护层无人工作面首采, 邻近层卸压瓦斯高效抽采的核心理念出发, 开展了高瓦斯煤层群无人工作面煤与瓦斯共采关键技术攻关研究创新成果如下 : (1) 首次建立了无人工作面系统工程模型, 自主构建了无人工作面开采技术体系开发了无人工作面采煤机自主定位技术与系统, 建立了系统误差补偿模型, 研发了导航降误与系统误差处理技术, 提高了采煤机定位精度构建了采煤机动力学模型与自动移架约束模型, 实现了采煤机姿态的实时检测与支架的自动化跟机, 采用回采巷道集中控制技术实现了无人工作面安全高效开采 (2) 自主设计并建设完成了煤体吸附瓦斯气体受载煤体注气驱替瓦斯以及高温三轴孔渗测试系统揭示了卸压开采过程中瓦斯吸附解吸特性卸压煤体的应力 - 裂隙 - 渗流特性及注气驱替瓦斯机理建立了煤层群卸压开采流固耦合模型, 掌握了卸压开采覆岩渗透率演化规律和瓦斯渗流路径 (3) 提出了煤层群多层瓦斯压力协同测定方案, 开发了瓦斯压力测定装置 ; 针对瓦斯抽采封孔效果时衰性特征, 研发了密封叠环式动态封孔技术和装备 ; 针对卸压穿层抽采钻孔易发生扭曲塌孔及伸缩变形的难题, 发明了多层同抽的自适应变形瓦斯抽采管路, 强化了穿层钻孔瓦斯高效抽采效果 (4) 针对保护层选择的各种煤层瓦斯特征因素, 建立了保护层评价指标, 开发了保护层优选计算软件构建了多维网络化抽采系统评价指标体系, 利用模糊层次分析法, 确立了适用于靶向煤层群的多维网络化瓦斯抽采最优协同实施方案, 显著提高了全面高效的卸压瓦斯抽采效果项目已获得国家授权发明专利 24 项, 自主研发科研仪器 3 套, 出版专著 4 部, 发表学术论文 70 余篇, 其中 SCI 检索 9 篇 EI 检索 25 篇, 获得国际性论文奖励 2 项和省部级科技奖励一等奖 3 项研究成果在理论与技术方面均取得重大突破, 在山西焦煤下属华晋焦煤沙曲矿率先成功应用, 回采工作面作业人员减少 50%, 高低浓度瓦斯总利用率 84.6%, 年均利用量超过 1.2 亿 m 3, 瓦斯超限次数为零, 死亡率为零, 项目成果获得中国工业大奖已在全国 40 余个矿井进行了推广应用, 实现了煤层群煤与瓦斯安全高效共采, 经济与社会效益显著极大地推动了我国煤矿安全科技进步, 项目成果达到国际领先水平

3 客观评价 : ( 一 ) 学术评价与鉴定意见 1) 中国工程院院士钱鸣高教授在项目研究过程中给予多次关注与指导, 对无人工作面开采关键技术给予了高度评价 : 无人工作面开采技术是高效开采的指标性技术首先要在薄煤层和煤与瓦斯突出厚煤层本层开采解放层等特定条件下形成机电一体化和利用先进的检测监控与智能化技术, 最终实现安全高效无人工作面开采技术 ( 煤炭学报 2010 年第 35 卷第 4 期 ) 2) 第 6 届和第 9 届绿色开采国际会议主席澳大利亚伍伦贡大学 REN Tingxiang 教授认为 : 研究成果中基于煤体吸附和渗流基础参数准确测定配合覆岩渗透率演化规律是目前最全面的煤体抽采性评价基础研究澳大利亚煤炭开采者国际会议主席 AZIZ Naj 教授认为 : 研究成果中无人工作面开采及煤层群多维网络化瓦斯抽采技术达到了国际领先水平 3) 中国煤炭工业协会组织有关专家对项目的关键技术成果鉴定认为 : 项目针对低透气性高瓦斯近距离煤层群条件, 研发了无人工作面开采关键技术, 提出并应用了煤层群立体化综合瓦斯抽采技术, 实现了煤层群无人工作面煤与瓦斯共采, 取得了显著的经济和社会效益, 具有广阔的推广应用前景研究成果达到国际先进水平, 建议在类似开采条件矿山推广应用 ( 二 ) 相关论文成果 1) 无人工作面开采关键技术成果受到国内外同行的广泛关注, 系列论文被同行引用超过 118 次, 下载量超过 2289 次 ; 2) 项目对高瓦斯矿井工作面煤岩体稳定性控制理论与技术也进行了深入研究,3 篇学术论文入选领跑者中国精品科技期刊顶尖学术论文 (F5000) ; 3) 项目所提出的煤岩体应力 - 裂隙 - 渗透率测试方法和煤层群卸压开采不同损伤结构煤体的流固耦合模型, 分别揭示了煤岩体应力 - 裂隙 - 渗流规律和煤层群卸压开采的瓦斯渗流规律, 成果分别获第 18 届土耳其矿业开采和第 9 届绿色开采国际会议论文奖 ( 三 ) 技术转化成果项目研究成果在山西焦煤集团下属的华晋焦煤公司沙曲矿率先得到成功应用,2016 年 12 月 11 日, 华晋焦煤公司科技创新项目获得了中国工业大奖项目的成功实施为稀缺优质煤炭资源高效开采提供了科学依据和安全保障, 对类似条件矿区具有巨大的示范和带头作用 ( 四 ) 国家相关文件按照国家煤矿安监局 2013 年印发的煤矿安全质量标准化考核评级办法 ( 试行 ) 和煤矿安全质量标准化基本要求及评分方法 ( 试行 ) 的有关规定, 山西焦煤集团共 21 座矿井符合一级安全质量标准化标准 ( 五 ) 该项目曾获科技奖励情况研究成果获得多项省部级科技奖励, 其中一等奖 3 项, 分别为年度中国煤炭工业协会科学技术一等奖 2015 年中国职业安全健康协会科学技术一等奖

4 推广应用情况 : 项目研究成果在山西焦煤下属华晋焦煤公司沙曲矿率先成功应用, 无人工作面自动化程度高, 回采作业人员减少 50% 以上 ; 年均瓦斯瓦斯利用量超过 1.2 亿 m 3, 高低浓度瓦斯总利用率 84.6%, 瓦斯超限次数为零, 矿井百万吨死亡率为零, 经济技术优势突出无人开采技术具有开采成本低采出率高回采速度快安全性强的优点 ; 高瓦斯煤层群煤与瓦斯共采技术解决了抽采钻孔易扭曲易塌孔易伸缩的关键工程难题, 具有卸压效果好抽采效率高适用性强的优点目前该技术已在全国 40 余个矿井进行了应用, 全面实现了煤层群卸压消突及煤与瓦斯安全高效共采, 取得了显著的经济与社会效益为煤层群资源开发提供了技术支持与安全保障, 推动了我国煤矿安全科技进步, 推进了我国煤炭工业产业结构优化

5 主要知识产权证明目录知识产国家 ( 地知识产权具体名称权类别区 ) 授权号授权日期证书编号权利人发明人发明专利发明专利发明专利发明专利发明专利发明专利发明专利发明专利发明专利发明专利无人工作面采煤机自动记忆割煤自中国矿方新秋, 谢小平, 梁敏富, 吴中国 ZL 主定位装置测试方法业大学刚, 王刚一种瓦斯抽采钻孔气囊封堵带压注华北科中国 ZL 陈学习, 常忠乾, 龚珑浆封孔装置与方法技学院上向远距离钻孔快速测定煤层瓦斯中国矿唐俊, 李晓伟, 陈裕佳, 蒋承中国 ZL 压力的方法及其装置业大学林, 覃佐亚, 崔正中一种低透气性高瓦斯煤层群保护层中国矿方新秋, 谢小平, 颜邦华, 梁中国 ZL X 瓦斯综合治理方法业大学敏富, 吴刚, 薛广哲一种薄煤层无人工作面采煤机姿态中国矿方新秋, 谢小平, 梁敏富, 袁中国 ZL 角调整模型的构建方法业大学保宁, 颜邦华一种薄煤层无人工作面自动移架约中国矿方新秋, 刘兴国, 梁敏富, 薛中国 ZL 束模型的构建方法业大学广哲, 吴刚, 李虎威, 谢小平华北科封孔注浆材料及其制备方法与应用中国 ZL 陈学习, 常忠乾技学院一种煤层钻孔防塌孔随钻钻进下套中国矿唐俊, 陈裕佳, 蒋承林, 师士中国 ZL X 筒装置及钻孔方法业大学景, 李晓伟, 袁旭虹松软煤层钻孔测定煤层瓦斯压力的中国矿唐俊, 陈裕佳, 张超杰, 蒋承中国 ZL 方法业大学林, 李晓伟, 徐乐华, 田世祥一种岩层移动数值模拟自动化建模中国矿方新秋, 李虎威, 梁敏富, 薛中国 ZL 方法业大学广哲, 刘晓宁发明专利有效状态有效有效有效有效有效有效有效有效有效有效

6 主要完成人情况排行政姓名名职务副主方新秋 1 任董事武华太 2 长副院陈学习 3 长总工李进鹏 4 程师张磊 5 无技术职称工作单位完成单位对本项目技术性贡献 1) 负责项目立项方案论证整体思路设计, 制定了项目的总体研究方案 ; 教授中国矿业大学中国矿业大学 2) 对创新点 (1) (2) (3) (4) 做出了重要贡献 ; 3) 旁证材料 : 授权发明专利 11 项, 正式出版专著 2 部, 发表论文 50 余篇,SCI 检索 1 篇 EI 检索 15 篇, 已入选领跑者 F5000 论文 3 篇教授 1) 负责项目立项方案论证整体思路设计, 制定了项目的研究技术路线 ; 山西焦煤集团山西焦煤集团级高 2) 对创新点 (1) (2) (3) (4) 做出了重要贡献有限责任公司有限责任公司工 1) 负责瓦斯抽采封孔技术研究抽采效果评价分析实验研究以及研究报告的总结编写工作 ; 教授华北科技学院华北科技学院 2) 对创新点 (3) (4) 做出了重要贡献 ; 3) 旁证材料 : 授权发明专利 7 项, 出版专著 1 部发表论文 40 余篇, 其中,SCI 检索 1 篇 EI 检索 5 篇教授 1) 负责项目的现场规划安排与实施 ; 山西焦煤集团山西焦煤集团级高 2) 对创新点 (1) (3) (4) 做出了重要贡献有限责任公司有限责任公司工 3) 旁证材料 : 授权发明专利 1 项, 发表论文 4 篇 1) 负责煤与瓦斯共采理论研究实验仪器自主开发实验研究以及研究报告的总结编写工作 ; 副教 2) 对创新点 (2)(3) 做出了重要贡献 ; 中国矿业大学中国矿业大学授 3) 旁证材料 : 自主建设完成实验仪器 3 套, 发表专著 1 部受理仪器发明专利 2 项, 第一作者发表相关 SCI 检索论文 6 篇 EI 检索论文 2 篇, 相关成果获 2 项国际大会论文奖 1) 负责煤层群中各煤层基础参数测定新型抽采技术研究以及研究报告的总结编写工作 ; 唐俊 6 无讲师中国矿业大学中国矿业大学 2) 对创新点 (3) (4) 做出了重要贡献 ; 3) 旁证材料 : 授权发明专利 7 项, 第一作者发表相关 SCI 检索论文 1 篇 EI 检索论文 3 篇刘建高 7 董事教授山西焦煤集团山西焦煤集团 1) 负责项目的现场实施, 为项目的顺利完成做出了巨大贡献 ;

7 级高工有限责任公司有限责任公司 2) 对创新点 (1) (3) (4) 做出了重要贡献 ; 3) 旁证材料 : 发表论文 2 篇吴刚 8 无无中国矿业大学中国矿业大学 1) 参与了数值模拟实验研究现场试验及研究报告的总结编写工作 ; 2) 对创新点 (1) (4) 做出了重要贡献 ; 3) 旁证材料 : 授权发明专利 4 项, 受理发明专利 2 项, 发表 SCI 检索论文 1 篇薛广哲 9 无无中国矿业大学中国矿业大学 1) 参与了数值模拟实验研究现场试验及研究报告的总结编写工作 ; 2) 对创新点 (1) (4) 做出了重要贡献 ; 3) 旁证材料 : 授权发明专利 4 项, 受理发明专利 2 项梁敏富 10 无无中国矿业大学中国矿业大学 1) 参与了数值模拟实验研究现场试验及研究报告的总结编写工作 ; 2) 对创新点 (1) (4) 做出了重要贡献 ; 3) 旁证材料 : 授权发明专利 9 项, 受理发明专利 2 项, 发表论文 1 篇杨建华 11 高级董事山西焦煤集团山西焦煤集团 1) 按照项目研究方案与技术路线, 组织了现场工业性试验和推广应用 ; 工程长有限责任公司有限责任公司 2) 对创新点 (1) (4) 做出了重要贡献师王凌鹤 12 高级副总山西焦煤集团山西焦煤集团 1) 按照项目研究方案与技术路线, 组织了现场工业性试验和推广应用 ; 工程经理有限责任公司有限责任公司 2) 对创新点 (1) (4) 做出了重要贡献师李虎威 13 无讲师中国矿业大学中国矿业大学 1) 参与了数值模拟实验研究以及研究报告的总结编写工作 ; 2) 对创新点 (1) (3) 做出了重要贡献姜小强 14 处长工程山西焦煤集团山西焦煤集团 1) 协助组织了项目现场工业性试验和推广应用 ; 师有限责任公司有限责任公司 2) 对创新点 (1) (3) 做出了重要贡献姚晋国 15 科长工程山西焦煤集团山西焦煤集团 1) 协助组织了项目现场工业性试验和推广应用 ; 师有限责任公司有限责任公司 2) 对创新点 (1) (3) 做出了重要贡献

8 主要完成单位及创新推广贡献序号完成单位创新推广贡献 1 中国矿业大学 1) 负责项目研究方案的制定论证理论分析数值模拟实验研究现场试验, 负责研究成果的总结和报告编写工作 ; 2) 针对高瓦斯煤层群开采条件, 研究提出并成功应用了高瓦斯煤层群无人工作面煤与瓦斯共采关键技术, 为高瓦斯煤层群的安全高效开采提供了技术支持与安全保障 ; 3) 着力推进产学研用结合, 项目成果已在全国 40 余个矿井进行了推广应用, 取得了显著的技术与经济效益同时, 与国内多家大型煤炭企业确立合作意向, 积极推进基础研究成果向生产力转化, 推动了我国煤矿安全科技进步 2 山西焦煤集团有限责任公司 1) 负责项目研究方案的制定论证现场实验实施与改进, 对项目研究成果的推广应用做出了重要贡献 ; 2) 现场研究并应用了高瓦斯煤层群无人工作面煤与瓦斯共采关键技术, 实现了煤层群煤与瓦斯安全高效共采 ; 3) 作为本项目的主要应用基地, 在其下属的相似条件矿井大力推广应用项目研究成果, 取得了显著的技术与经济效益 3 华北科技学院 1) 参与了项目研究方案的理论分析实验研究现场试验以及研究成果的总结和报告编写工作 ; 2) 针对瓦斯抽采漏气严重抽采效率低等问题, 研制成功了新型无机封孔材料及气囊延时膨胀带压注浆封孔技术和装备, 提高了瓦斯抽采钻孔的密封性和瓦斯抽采效果 ; 3) 配合中国矿业大学, 着力推进产学研结合, 重点支持新型瓦斯封孔技术的推广应用, 提高了瓦斯高效抽采技术水平 4 华晋焦煤有限责任公司 1) 负责项目研究方案的现场试验实施与改进, 对项目研究成果的推广应用做出了重要贡献 ; 2) 现场研究并应用了高瓦斯煤层群无人工作面煤与瓦斯共采关键技术, 实现了煤层群煤与瓦斯安全高效共采 ; 3) 与汾西矿业西山煤电等煤炭企业深入合作, 在相似条件矿井大力推广应用项目研究成果, 取得了显著的技术与经济效益 5 华洋通信科技股份有限公司 1) 负责项目现场方案的实施与改进, 为项目研发并提供了无人工作面自动化信息化设备, 实现了无人工作面安全高效开采 ; 2) 与包括中国矿业大学在内的多家科研院所展开深入合作, 在全国多个大中型煤矿企业推广应用自动化煤矿技术设备与服务, 对项目研究成果的推广应用做出了重要贡献 6 山西汾西矿业 ( 集团 ) 有限责任公司 1) 作为本项目重点推广应用单位, 为项目现场应用与施工技术经验的积累做出了重要贡献 ; 2) 现场应用了高瓦斯煤层群无人工作面煤与瓦斯共采关键技术, 实现了煤层群煤与瓦斯安全高效共采 ; 3) 积极与华晋焦煤展开合作, 在其下属的相似条件矿井大力推广应用项目研究成果, 取得了显著的技术与经济效益

10 完成人合作关系说明 : (1) 该项目成果由中国矿业大学山西焦煤集团有限责任公司华北科技学院和华晋焦煤有限责任公司长期合作研发, 其中, 华晋焦煤为山西焦煤集团的二级子公司中国矿业大学主持项目整体研究工作, 重点负责无人工作面开采关键技术, 煤层群多维网络化瓦斯抽采技术等方面的研究 ; 山西焦煤集团责项目现场的整体研究工作, 并重点负责煤层群多维网络化瓦斯抽采技术的研究与应用 ; 华洋通信科技股份有限公司为项目现场实施了提供自动化信息化设备 ; 山西汾西矿业 ( 集团 ) 有限责任公司作为重点推广应用单位, 为项目现场应用与施工技术经验的积累做出了重要贡献 ; 项目其他参与人员根据研究任务和具体分工开展研究工作 (2) 中国矿业大学方新秋吴刚梁敏富薛广哲李虎威, 华晋焦煤刘建高李进鹏王凌鹤姜小强姚晋国, 于 2012 年至 2014 年共同完成薄煤层无人工作面煤与瓦斯共采关键技术与示范, 共同获得 2015 年中国煤炭工业协会科学技术进步一等奖 (3) 中国矿业大学与华晋焦煤集团进行了现场联合攻关, 共同完成了沙曲矿保护层无人工作面煤与瓦斯共采技术研究, 项目组成员包括方新秋武华太杨建华李进鹏张磊唐俊陈学习薛广哲梁敏富吴刚等 (4) 中国矿业大学与华北科技学院共同完成了动态封孔技术和新型瓦斯抽采管路的研究与应用, 项目组成员包括方新秋刘建高张磊唐俊陈学习吴刚等

主要完成单位及创新推广贡献 : 完成单位 : 提出了整个项目的构思, 主持项目的理论试验设计施工等全部工作, 负责整个项目的完成 ; 建立了岩浆侵入煤系地层后热动力作用的数学模型, 提出了岩浆侵入对煤层瓦斯赋存的圈闭效应, 揭示了岩浆侵入对煤层瓦斯突出灾害的控制作用机制 ; 获得了采动卸荷煤岩

主要完成单位及创新推广贡献 : 完成单位 : 提出了整个项目的构思, 主持项目的理论试验设计施工等全部工作, 负责整个项目的完成 ; 建立了岩浆侵入煤系地层后热动力作用的数学模型, 提出了岩浆侵入对煤层瓦斯赋存的圈闭效应, 揭示了岩浆侵入对煤层瓦斯突出灾害的控制作用机制 ; 获得了采动卸荷煤岩项目名称 : 岩浆构造演化区煤层瓦斯动力灾害防治理论与工程应用推荐单位 : 项目简介 : 本项目揭示了岩浆侵入对煤层的热演化作用机制瓦斯圈闭效应和突出动力灾害的作用机制, 建立了岩浆构造演化区煤层瓦斯动力灾害防治关键技术体系, 系统解决了岩浆构造演化区煤层瓦斯动力灾害防治理论及工程应用关键技术难题本项目结合淮北和皖北等岩浆侵入典型矿区瓦斯动力灾害特点, 从岩浆构造演化区煤层多元物性参数瓦斯赋存规律及瓦斯动力灾害特点入手,