山东科学技术进步奖公示材料教学提纲

山东省科学技术进步奖公示材料

一、项目名称

山东矿区无煤柱安全高效开采关键技术

二、推荐单位意见

该项目针对山东矿区煤矿接续困难、煤矿资源短缺、安全高效开采等问题进行了研究，发明了一系列无煤柱安全高效开采技术：在薄煤层坚硬灰岩顶板条件下，提出了一种薄煤层巷旁充填无煤柱护巷方法，巷旁支护为高水材料袋式充填，充填体在荆芭和充填袋的作用下成型，实现了灰岩顶板沿空留巷；针对复合顶板，发明了一种复合顶板薄煤层综采工作面沿空留巷方法，巷旁通过架设木垛及充填矸石袋，实现了复合顶板沿空留巷；针对三软煤层，研究提出了一种三软煤层往复式无煤柱综采方法，实现了三软煤层沿空留巷，同时少掘了巷道，减少了工作面搬家次数；提出了采空区矸石条带充填开采方法，并研发了充填材料，实现了矸石条带充填的无煤柱开采；对于目前巷道支护所运用的锚杆进行了创造性改造，发明了高强度金属粗尾让压锚杆以及大断面巷道软岩支护方法，巷道围岩变形小，支护效果好。

该项目相关成果通过中国煤炭工业协会组织的技术鉴定，鉴定委员会一致认为，整体技术研究达到了国际领先水平。

该项目研究成果推广应用后，缓解了矿井采掘接续紧张关系，提高了煤炭资源回收率，延长了矿井服务年限，增加了矿井效益，保证了职工就业，对矿井实现安全、高效生产具有重大的现实意义。近三年新增利税 2.9亿元。研究成果已获得国家授权发明专利8项，发表相关论文8篇，有力地推动了我省煤矿无煤柱安全高效开采技术的进步。

三、项目简介

煤炭是我国的基础能源，在我国能源结构中所占比重超过60%的现状将长期存在。国家《能源中长期发展规划纲要（2004~2020年）》中明确提出煤炭资源发展目标，即“坚持以煤炭为主体、电力为中心、油气和新能源全面发展的能源战略”。2015年我国煤炭产量为37.5亿t，在我国一次能源构成中约占66％。为了满足国民经济高速增长的需求，今后相当长的时期内必须保证煤炭的高产稳产和安全开采。

山东虽然是产煤大省，但却是资源小省，按目前的生产能力和回收率，仅能维持20年左右。在山东地区仍存在着留设煤柱护巷、且煤柱尺寸过大等煤炭资源浪费严重的现象。因此，在山东矿区研究区段间不留煤柱、实现无煤柱护巷，是提高矿井煤炭资源回收率，

降低巷道掘进率的重要技术手段，对实现矿井安全高效生产和可持续发展具有重要的意义。无煤柱开采技术不仅能减少巷道掘进工程量、显著提高煤炭资源回收率，而且可以消除煤柱应力集中，解决工作面隅角瓦斯积聚等问题，是我国煤矿安全高效开采与资源可持续发展的重要方向。然而，无煤柱沿空巷道服务时间长，并经受两次动压影响，维护难度较大。特别是大埋深、坚硬顶板等复杂条件下，巷旁支护往往承受更大静载及冲击动载荷，安全事故时有发生，严重制约着无煤柱开采技术的广泛推广。

“山东矿区无煤柱安全高效开采关键技术”项目，是中国煤炭工业协会2013年度科学技术研究指导性计划项目。

主要创新成果：

（1）针对坚硬灰岩顶板，提出了一种薄煤层巷旁充填无煤柱护巷方法，巷旁支护为高水材料袋式充填，充填体在荆芭和充填袋的作用下成型，实现了灰岩顶板沿空留巷；

（2）针对复合顶板，发明了一种复合顶板薄煤层综采工作面沿空留巷方法，巷旁通过架设木垛及充填矸石袋，实现了复合顶板沿空留巷；

（3）针对三软煤层，研究提出了一种三软煤层往复式无煤柱综采方法，实现了三软煤层沿空留巷，同时少掘了巷道，减少了工作面搬家次数；

（4）提出了采空区矸石条带充填开采方法，并研发了充填材料，实现了矸石条带充填的无煤柱开采；

（5）发明了高强度金属粗尾让压锚杆、双端锚固型锚杆以及大断面巷道软岩支护技术。

四、客观评价

2015年12月20日，中国煤炭工业协会组织有关专家对山东科技大学、山东省煤炭技术服务有限公司、新汶矿业集团有限责任公司和山东鲁泰控股集团有限公司共同完成的“山东矿区无煤柱安全高效开采关键技术”项目进行了鉴定。专家组听取了项目汇报，审阅了有关资料，经质询、讨论，形成如下鉴定意见：

1、针对坚硬灰岩顶板，研究提出了薄煤层巷旁充填无煤柱护巷方法，巷旁支护为高水材料袋式充填，实现了灰岩顶板沿空留巷。

2、针对复合顶板条件，研究提出了复合顶板薄煤层综采工作面沿空留巷方法，巷旁通过架设木垛及充填矸石袋，巷内采用补强与临时支护方式，实现了复合顶板沿空留巷。

3、研究提出了“三软”煤层往复式无煤柱沿空留巷方法。巷内采用高强度金属粗尾

让压锚杆、让压免张拉预应力锚索、金属网和W型钢带联合支护；巷旁用木垛和混凝土块充填，实现了“三软”煤层沿空留巷。

4、研究提出了采空区矸石条带充填开采方法，采用矸石袋沿空留巷方法，实现了矸石条带充填的无煤柱开采。

5、项目成果在华恒矿业、滨湖煤矿、赵官煤矿、济阳煤矿等得到了成功应用，有效控制了围岩变形，取得了良好的经济效益。

项目整套技术达到了国际领先水平。

五、推广应用情况

本研究成果在山东矿区多个煤矿现场进行了推广应用，其中复合顶板沿空留巷技术在军城矿和济阳矿进行了应用，石灰岩顶板高水材料沿空留巷技术在滨湖、里彦、泉上等煤矿进行了应用，矸石袋+混凝土充填留巷技术在赵官煤矿进行了应用，三软煤层往复式无煤柱综采在永安煤矿进行了应用并推广在软岩巷道内实施钢带连桥支护方法，无煤柱矸石条带充填开采技术在华恒矿业进行了应用，在巷道支护困难矿井均推广使用高强度金属粗尾让压锚杆。近三年，仅在8个煤矿推广应用效益就达到了29313.94万元，经济效益十分显著。

无煤柱护巷是采煤技术的一项重大改革，沿空留巷是回采巷道支护技术改革的主要方面。通过实施沿空留巷无煤柱开采技术，能有利于合理开发煤炭资源，缓解矿井采掘接续紧张局面，提高矿井煤炭资源回收率，减少巷道掘进工程量。从根本上改善矿井生产面貌，延长矿井服务年限，保证职工就业，社会效益显著。

六、主要知识产权证明目录

七、主要完成人员

八、主要完成单位及创新性贡献

1、第一完成单位名称：山东科技大学

本项目承担单位采矿工程专业是国家重点学科，科研力量雄厚。本课题研究以矿山灾害预防与控国家级重点实验室为依托。该实验室研究设备较完善，包括MTS岩石力学伺服试验机系统、计算机数值模拟软件和岩石节理测试仪等。承担单位对本项目科技创新和推广应用情况的主要贡献：

负责项目总体方案的制定与实施；利用学校现有的资源和设施，利用理论分析、实验室实验、数值模拟的方法，针对山东矿区坚硬灰岩顶板、不稳定顶板、复合顶板等条件，

创造性地提出了无煤柱护巷方法，并对沿空留巷的巷旁充填作用机理、充填技术、材料及各项参数进行了研究。

2、第二完成单位名称：山东省煤炭技术服务有限公司

山东省煤炭技术服务有限公司拥有地质勘查、煤矿生产能力核定、安全生产检测检验、计量认证等多项资质。公司目前有专业技术人员40人，其中高级工程师职称5人，工程师11人，注册安全工程师15人。承担单位对“山东矿区无煤柱安全高效开采关键技术”的主要贡献包括：

（1）确定在不同条件下的沿空留巷围岩控制原则；（2）优化了无煤柱护巷巷内基本支护；

（3）分析了巷旁充填体的稳定性及承载能力；（4）参与矸石胶结充填材料的力学性能试验、配比试验；（5）指导现场进行工业性试验，并进行现场观测。

3、第三完成单位名称：新汶矿业集团有限责任公司

新汶矿业集团有限责任公司对“山东矿区无煤柱安全高效开采关键技术”的主要贡献包括：

（1）根据赵官能源的实际情况，提出了"垒砌矸石袋+混凝土充填"的巷旁支护方式，充填体材料选

用混凝土膏体材料，应用后效果良好；（2）制定了该项技术在各个煤矿的推广应用计划和措施，并负责推广应用；（3）负责部分研究报告的撰写工作。

4、第四完成单位名称：山东鲁泰控股集团有限公司

山东鲁泰控股集团有限公司对“山东矿区无煤柱安全高效开采关键技术”的主要贡献包括：

（1）参与项目总体方案的制定与实施；（2）针对太平煤矿的煤层赋存条件，分析了石灰岩顶板运动、破坏特征，并应用于指导现场沿空留巷工作；（3）制定推广应用计划，并负责在山东矿区推广。

九、完成人合作关系说明

依托山东科技大学郭忠平教授承担的“山东矿区无煤柱安全高效开采关键技术”项目，是中国煤炭工业协会2013年度科学技术研究指导性计划项目(编号：MTKJ2013-348)，后又获得山东省煤炭技术服务有限公司、新汶矿业集团有限责任公司、山东鲁泰控股集团有限公司等的大力协助，为本项目的完成提供了重要支持。

课题组几位成员之间合作密切，段会强、胡善超、牟文强是郭忠平教授亲自或参与指导的博士和硕士研究生，联合发表多项科研成果（论著和专利等），包括在本项目代表性专利和论文中也多次联名；臧传伟副教授也是和郭忠平教授搭档合作的紧密科研伙伴，多次联合发表论文和专利；作为企业合作伙伴，张国玉、尹中凯、张玉标等人与郭忠平教授有长期科研项目合作关系，在本项目的新技术研发及现场应用等工作作出了重大贡献。以科研工作为纽带山东科技大学、山东省煤炭技术服务有限公司、新汶矿业集团有限责任公司、山东鲁泰控股集团有限公司在本项目所涉及的领域有多次合作。