【正文】 申 請 號授 權 號一種薄煤層煤巖界面識別及滾筒自動調高的方法發(fā)明專利中國一種井下綜采工作面大角度過拐點方法發(fā)明專利中國一種自主定位采煤機動力學模型的建立方法發(fā)明專利中國一種薄煤層無人工作面自動移架約束模型的構建方法發(fā)明專利中國一種薄煤層無人工作面采煤機姿態(tài)角調整模型的構建方法發(fā)明專利中國一種薄煤層無人工作面開采地質條件綜合評估方法發(fā)明專利中國無人工作面采煤機自動記憶割煤自主定位裝置測試方法發(fā)明專利中國一種低透氣性高瓦斯煤層群保護層瓦斯綜合治理方法發(fā)明專利中國薄煤層綜采沿空留巷定向鉆進抽采臨近下煤層瓦斯的方法發(fā)明專利中國一種巖層移動數值模擬自動化建模方法發(fā)明專利中國承諾：上述知識產權用于報獎的情況，已征得未列入項目主要完成人的權利人（發(fā)明專利指發(fā)明人）的同意。負責人簽字：單位蓋章年　　月　　日單位名稱中國礦業(yè)大學所 在 地江蘇省徐州市排 名單位性質.學校傳 真聯(lián) 系 人張禮超聯(lián)系電話移動電話通訊地址江蘇省徐州市中國礦業(yè)大學南湖校區(qū)礦業(yè)工程學院郵政編碼電子信箱對本項目技術創(chuàng)新和應用的貢獻：）負責項目研究方案的制定論證、理論分析、數值模擬、實驗室實驗，參與了現(xiàn)場試驗，負責了研究成果的總結和報告編寫工作；）建立了無人工作面系統(tǒng)工程模型，研究開發(fā)了煤巖界面自動識別、采煤機自動調高和自主定位等關鍵技術，進行了自主定位系統(tǒng)誤差分析，構建了薄煤層自動化無人工作面開采技術體系。聲明本人對推薦書內容及全部附件材料進行了審查，全部內容和材料屬實，并對推薦材料的真實性負責。聲明本人對推薦書內容及全部附件材料進行了審查，全部內容和材料屬實，并對推薦材料的真實性負責。參加本項目的起止時間自 年 月 日 至 年 月 對本項目主要技術貢獻：）主要負責項目研究方案的審定及現(xiàn)場實施；）對項目研究成果的推廣應用做出了重要貢獻；）對創(chuàng)新點（）、（）做出了重要貢獻。本人簽名： 年 月 日姓 名姚晉國性 別男排 名出生年月出 生 地民 族漢族身份證號黨 派中國共產黨國 籍中國行政職務科長歸國人員否歸國時間工作單位華晉焦煤有限責任公司所 在 地山西呂梁辦公電話單位性質.國有企業(yè)傳 真通訊地址山西省呂梁市離石區(qū)久安路華晉苑郵政編碼家庭住址山西省呂梁市離石區(qū)久安路華晉苑住宅電話電子信箱移動電話畢業(yè)學校畢業(yè)時間文化程度技術職稱工程師專業(yè)、專長采礦工程最高學位曾獲獎勵及榮譽稱號情況）年榮獲中國煤炭工業(yè)科學技術一等獎項。聲明本人對推薦書內容及全部附件材料進行了審查，全部內容和材料屬實，并對推薦材料的真實性負責。參加本項目的起止時間自 年 月 日 至 年 月 對本項目主要技術貢獻：）具體負責項目的規(guī)劃、安排、實施；）主持制定了項目的研究方案與技術路線，組織了試驗研究和推廣應用；）對創(chuàng)新點（）、（）、（）做出了重要貢獻。本人簽名： 年 月 日姓 名劉建高性 別男排 名出生年月出 生 地民 族漢族身份證號黨 派中國共產黨國 籍中國行政職務董事長歸國人員歸國時間工作單位華晉焦煤有限責任公司所 在 地山西呂梁辦公電話單位性質.國有企業(yè)傳 真通訊地址山西省呂梁市離石區(qū)久安路華晉苑郵政編碼家庭住址山西省呂梁市離石區(qū)久安路華晉苑住宅電話電子信箱移動電話畢業(yè)學校畢業(yè)時間文化程度技術職稱正高專業(yè)、專長采礦工程最高學位曾獲獎勵及榮譽稱號情況）年榮獲中國煤炭工業(yè)科學技術一等獎項。四、本項目曾獲科技獎勵情況獲 獎 項 目 名 稱獲獎時間獎項名稱獎勵等級授獎部門（單位）本表所填科技獎勵是指： .市級人民政府設立的科技獎勵；.經登記的社會力量設立的科技獎勵；.國際組織和外國政府設立的科技獎勵。新增稅收萬元。）單位：萬元人民幣項目總投資額回收期（年）年 份新增利潤新增稅收創(chuàng)收外匯（美元）節(jié)支總額累 計 各欄目的計算依據： 依據：新增銷售額噸煤售價煤炭年產量；新增利潤（噸煤售價噸煤生產成本）煤炭年產量；新增稅收銷售收入稅收系數。瓦斯得到了有效治理，工作面產量顯著增加，實現(xiàn)了薄煤層、煤層群低透氣性高瓦斯煤層的安全高效高回收率開采。從而實現(xiàn)了降低工人勞動強度、改善工作環(huán)境、提高生產效率和安全狀況的變革，大大促進了難采薄煤層工作面自動化的發(fā)展。結合華晉焦煤有限責任公司沙曲礦低透氣性高瓦斯煤層群地質生產條件進行了薄煤層無人工作面煤與瓦斯共采技術現(xiàn)場應用，取得了顯著的技術經濟效益。采用回采巷道集中控制，實現(xiàn)了作為保護層的薄煤層的無人工作面開采。（）未見“在低透氣性高瓦斯近距離煤層群開采條件下，確定了薄煤層上保護層沿空留巷膏體混凝土充填墻體材料及合理尺寸，應用沿空留巷型通風技術解決了回采工作面上隅角、回風流瓦斯超限問題，提高了優(yōu)質焦煤資源回采率”的文獻報道。（）在低透氣性高瓦斯近距離煤層群開采條件下，確定了薄煤層上保護層沿空留巷膏體混凝土充填墻體材料及合理尺寸，應用沿空留巷型通風技術解決了回采工作面上隅角、回風流瓦斯超限問題，提高了優(yōu)質焦煤資源回采率。年共產焦煤萬，共抽出純瓦斯，新增銷售額萬元，新增利潤萬元，新增稅收萬元，取得了顯著的經濟效益。②采用自動化無人工作面開采技術方案后，相對綜采工作面開采方式，大大減少了回采工作面的工人數，薄煤層回采時井下作業(yè)人員主要集中在兩回采巷道內，將工人從采高較低的薄煤層回采工作面中解放出來，由于機軌合一巷和輔助運輸巷的巷道斷面較大，有利于正常施工作業(yè)，從而降低了工人勞動強度、改善了工人作業(yè)環(huán)境，提高了生產效率和安全狀況，并促進了難采薄煤層工作面自動化的發(fā)展。瓦斯得到了有效治理，工作面產量顯著增加，實現(xiàn)了工作面的安全生產。圖 工作面正?；夭善陂g瓦斯抽采量正常回采期間由于采空區(qū)頂板充分垮落，形成了本煤層超前卸壓區(qū)及下臨近煤層充分卸壓，沿空留巷進行了密閉，提高了被保護層瓦斯抽采效果。（）工作面初采期間瓦斯抽采效果分析工作面在初采期間的各瓦斯抽采量和管路抽采量變化曲線如圖所示。（）定向鉆機 （）鉆孔布置圖 定向鉆機井下作業(yè)及鉆孔布置圖）薄煤層上保護層卸壓開采瓦斯抽采效果分析（）上保護層開采卸壓效果分析根據膠帶巷兩幫鉆場瓦斯抽采純量統(tǒng)計數據，作出圖，對保護層卸壓效果進行分析，管路抽采本工作面的瓦斯，管路為抽采工作面正下方煤層的瓦斯。（）下鄰近被保護煤層卸壓瓦斯深孔定向鉆進抽采技術。（）頂板高位鉆場鉆孔抽采瓦斯技術。一體化綜合抽采技術卸壓消突煤層群清潔利用圖 沙曲礦煤層群煤與瓦斯共采技術體系結合沙曲礦地質生產條件，在進行薄煤層保護層開采時必須配套進行瓦斯抽采，包括本煤層順層鉆孔抽采、頂板裂隙帶、下鄰近層、采空區(qū)沿空留巷充填體墻內埋管抽采，具體要求如下：①本煤層順層瓦斯鉆孔抽采范圍控制整個工作面，工作面內不得留有抽采盲區(qū)，保證預抽本煤層瓦斯效果；②頂板裂隙帶內瓦斯抽采必須深入到采空區(qū)頂板環(huán)形的采動裂隙發(fā)育區(qū)（“”形圈）內，同時避開冒落帶和大的裂隙帶，一般選擇裂隙帶中部，并選擇在離層裂隙的“”形圈內以免抽放鉆孔大量漏氣，甚至被切斷而使鉆孔失效；③采空區(qū)沿空留巷充填體墻內埋管應靠充填體墻的上部，保證抽采大量采空區(qū)上部匯聚瓦斯，并保證封孔的質量。圖 工作面布置及上下層位布置結合現(xiàn)場條件確定了薄煤層上保護層沿空留巷膏體混凝土充填墻體材料及合理尺寸，機軌合一巷采用混凝土膏體材料充填沿空留巷形成的“”型通風改善了工作面通風環(huán)境，解決了工作面上隅角、回風流瓦斯超限問題。形成近距離煤層群。）采用回采巷道集中控制實現(xiàn)了作為保護層的薄煤層的無人工作面開采對沙曲礦工作面進行了無人工作面設備選型配套，該套設備結合自動控制設備科實現(xiàn)自動化控制，主要設備見表。圖 實驗室采煤機自主定位系統(tǒng)裝置圖根據采煤機在工作面的運動特征，建立了采煤機牽引割煤、進刀割煤及調整采高時的動力學模型，并分別進行了采煤機動力學分析，采煤機受力如圖所示。系統(tǒng)誤差模型依據工作面電子地圖為參考，依據采煤機運動模型提供的煤機運動狀態(tài)，結合導航系統(tǒng)處理初始數據結果，利用地圖匹配技術和軟件開發(fā)技術處理多種信息開發(fā)系統(tǒng)模型軟件，提高自主定位系統(tǒng)精度，從而實現(xiàn)工作面自主定位監(jiān)控。這種作業(yè)方式存在以下不足：①采煤機割煤產生大量煤塵，作業(yè)環(huán)境差，不利于跟機作業(yè)；②大功率采煤機工作面能見度很低，機器噪音大，操作工人實際上難以準確及時判斷采煤機的截割狀態(tài)，不利于及時調整滾筒的高度；③薄煤層工作面采高低，工人行走不便，很多情況需要爬行，采煤機牽引較快時采煤機司機不可能準確及時地調整滾筒高度；④采煤機工作過程中經常會截割到頂底板巖石，連續(xù)截割巖石會加劇滾筒截齒磨損及其他零部件的損壞；⑤對于高瓦斯礦井極易引起瓦斯爆炸，形成惡性事故；⑥截割的巖石混入原煤中會造成原煤含巖量增加，煤質下降，若滾筒位置調整過于保守則造成頂底煤剩留過多，降低了回采率，造成很大的資源浪費；⑦司機操作還可能使頂底板表面不平整，造成移架和推移刮板輸送機困難等問題。雷達探測法當電磁波透過頂煤向上發(fā)射時，由于煤和頂板不同，在煤巖界面上電磁波會被反射，反射波的速度相應滯后優(yōu)點：無需預先求取煤巖物理特性，適應范圍較廣。表 煤巖界面識別主要探測方法方法原理特點人工γ散射法將人工放射源和放射性探測器放在頂煤的下方，放出的γ射線作用頂煤后被發(fā)射回空氣中并被探測器探測到①穿透能力有限，所測到的頂煤厚度不大于；②難于保證與頂煤良好接觸；③煤中夾雜物影響探測精度。圖 無人工作面系統(tǒng)模型對無人工作開采系統(tǒng)模型大系統(tǒng)分別進行剖析，研究每個系統(tǒng)所需要的技術組合，建立了無人工作面技術體系。 在國家計劃“薄煤層開采關鍵技術與裝備”、國家自然基金面上項目“煤層群薄煤層機械化開采卸壓增透機理研究”、國家自然基金青年基金項目“長壁工作面采煤機自主定位系統(tǒng)關鍵技術研究”等支持下，結合華晉焦煤有限責任公司沙曲礦低透氣性高瓦斯煤層群地質生產條件，綜合應用現(xiàn)場調研、實驗室測試、理論分析、數值模擬及現(xiàn)場工業(yè)性試驗等方法，提出了無人工作面開采系統(tǒng)模型與技術體系，進行了無人工作面采煤機自主定位技術、自主定位系統(tǒng)誤差分析，提出了高瓦斯煤層群薄煤層上保護層開采技術，進行了薄煤層無人工作面煤與瓦斯共采關鍵技術研究與應用，取得了顯著的經濟社會效益，為類似條件下開采提供了示范。．詳細技術內容 總體思路我國薄煤層儲量豐富，且很多是國民經濟發(fā)展必須的焦煤等稀缺煤類，但由于地質條件和開采環(huán)境復雜，產量僅占總產量的。煤層相對瓦斯含量為，瓦斯壓力；煤層相對瓦斯含量為，瓦斯壓力為。無人工作面開采技術是實現(xiàn)煤礦安全高效生產的新途徑，特別是對長期發(fā)展緩慢的難采薄煤層開發(fā)具有重要戰(zhàn)略意義，同時也是實現(xiàn)低透氣性高瓦斯煤層群安全高效開采的有效途徑。三、項目詳細內容．立項背景我國薄煤層占總儲量的，很多是國民經濟發(fā)展必需的焦煤等稀缺煤類。（）針對低透氣性高瓦斯近距離煤層群條件，研究提出了薄煤層保護層及被保護層一體化綜合瓦斯抽采技術，通過順層抽采、頂板裂隙帶抽采、沿空留巷埋管抽采及被保護層卸壓瓦斯深孔定向鉆進抽采，實現(xiàn)了煤與瓦斯安全高效共采。無人工作面開采技術具有自動化程度高、作業(yè)環(huán)境好等優(yōu)點，有利于開發(fā)薄煤層資源，而且采用該技術先采低透氣性高瓦斯近距離煤層群中的薄煤層，既開發(fā)了優(yōu)質焦煤和煤層氣資源，又為煤與瓦斯突出煤層安全高效開采提供了有利條件。我國薄煤層儲量占總儲量的，很多是國民經濟發(fā)展必需的焦煤等稀缺煤類。（）在低透氣性高瓦斯近距離煤層群開采條件下，確定了薄煤層上保護層沿空留巷膏體混凝土充填墻體材料及合理尺寸，應用沿空留巷型通風技術解決了回采工作面上隅角、回風流瓦斯超限問題，提高了優(yōu)質焦煤資源回采率。研究成果在華晉焦煤沙曲礦應用，開采薄煤層優(yōu)質焦煤萬，抽采純瓦斯，累計新增利潤億元，實現(xiàn)了低透氣性高瓦斯煤層群條件下薄煤層保護層無人工作面煤與瓦斯共采，取得了顯著的經濟和社會效益，具有廣闊的推廣應用前景。大量實踐表明，選擇薄煤層作為保護層進行開采和預抽煤層瓦斯可有效防治煤與瓦斯突出，同時開發(fā)了優(yōu)質煤炭和煤層氣資源。全礦井絕對瓦斯涌出量，相對瓦斯涌出量，屬煤與瓦斯突出礦井。結合華晉焦煤有限責任公司沙曲礦低透氣性高瓦斯煤層群地質生產條件進行了薄煤層無人工作面煤與瓦斯共采技術現(xiàn)場應用，為類似條件下開采提供了示范。無人工作面開采技術是實現(xiàn)煤礦安全高效生產的新途徑，特別是對長期發(fā)展緩慢的難采薄煤層開發(fā)具有重要戰(zhàn)略意義，同時也是實現(xiàn)低透氣性高瓦斯煤層群安全高效開采的有效途徑。）建立了無人工作面系統(tǒng)