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1、焦煤集团研究开发项目立项书项 目 名 称：下行含水钻孔排水装置研制 项目承担单位：焦煤集团方庄二矿项目协作单位：河南理工大学研究起止时间：2012.22012.12焦煤集团研究开发项目立项书研发项目名称下行含水钻孔排水装置研制一、立项依据（一）国内外现状、水平和发展趋势瓦斯是煤矿的五大灾害之首，随着煤炭资源的开发和采掘机械化水平的提高， 煤炭开采强度加大, 瓦斯危害日趋严重。为了减少瓦斯危害，提高瓦斯抽采效果， 近年来采用了施工本煤层钻孔、两帮超前孔等多种方法来抽采煤体内瓦斯，进一步提高了瓦斯抽采量, 使煤炭生产过程中的瓦斯问题得到了有效解决。但是目前低浓度瓦斯抽采是全国各高瓦斯矿井抽采的主要
2、现状，各矿井虽能够实现抽采率达标，但不能实现抽采浓度达标（30% 以上）。如何提高矿井抽采浓度是目前亟待解决的问题，改进封孔材料，提高封孔的密实度一种首先的方法，但是当围岩破碎时，空气会通过裂隙进入抽放钻孔中，降低瓦斯浓度。因此，除了把瓦斯抽放孔密封好以外，还必须把回采巷道的围岩裂隙进行密封，确保空气不能通过裂隙进入瓦斯抽放孔。煤壁的密闭方法有两种，第一种是在煤壁表面喷涂或覆盖一层隔绝空气的薄层，该法需要覆盖煤壁的覆盖层不透气，老化速度慢，适应巷道的大变形；第二种是注浆方法，它是密闭回采巷道围岩的有效方法，通过注浆能改善破碎围岩的物理和力学状态，浆液固化后，可充填和封堵围岩的裂隙，隔绝空气，减
3、轻已破碎围岩的风化，防止围岩被水浸湿软化降低围岩的本身强度；注浆改变了加固范围内岩体峰后承载和变形特性。注浆可以有效防止空气进入围岩裂隙，提高瓦斯抽采浓度。另外注浆形成的加固拱结构既具有较好的结构性和承载能力，又具有极好的让压性，可较好地适应深部高应力巷道的让压要求，使支护结构具有柔性特点；注浆充填围岩空隙和裂隙，固化后配合锚杆的锚固作用，可形成多层有效的组合拱结构，且支护体内锚杆均转化为全长锚固，它将多层组合拱联成一个整体，共同承载，扩大了支护结构的有效承载范围，提高了支护结构的整体性和承载能力。使作用在拱顶结构上的荷载能通过两帮有效传递到底板；且因注浆加固结构组合拱厚度远大于普通锚喷支护形
4、成的压力拱，减小了作用在底板岩体上的荷载集中度，减弱了底板岩体中的应力和塑性变形，实现控制巷道底鼓的目的，巷道底板的稳定，有助于两帮的稳定，在底板和两帮稳定的情况下又能保持拱顶的稳定，从而保证巷道支护结构的整体稳定，实现对深部破裂围岩的有效约束，发挥破裂围岩的结构效应。对新掘巷道围岩实施注浆加固均滞后于初次支护一定时间，而对修复巷道则要求及时进行注浆加固，注浆加固是对处于峰后软化和残余变形段的破碎岩体进行的，此范围内岩体应力状态较低，加固后可转化为弹性体，因此，对加固体固化后产生承载力是有利的。承载能力逐步提高后，其抵抗深部岩体的变形能力也逐步提高，引起加固体内应力提高，形成对深部围岩的有效约
5、束，使破裂岩体的残余应力逐步提高，进而阻止了处于峰后软化段岩体应力状态的降低，同时使处于峰前弹塑性区岩体的峰值强度得到提高，阻止了围岩塑性区的发展。因此，注浆技术不仅能密闭回采巷道围岩的裂隙，而且还能改善巷道的支护效果。本课题拟通过研究适用于回采巷道的新型注浆材料、注浆工艺，提高瓦斯抽采的浓度。（二）项目研究开发对本企业、行业的推动（带动）作用通过煤壁注浆加固，能密闭巷道围岩，必将显著提高抽采瓦斯的浓度，而且能改善巷道的支护效果，起到事半功倍的效果。（三）项目达到的技术水平及市场前景项目研究成功，将使瓦斯抽采浓度稳定在30%以上，具有广阔的应用市场。二、研究开发内容和目标（一）项目主要内容及关
6、键技术1、主要研究内容（1）抽放钻孔区域的煤岩工程与地质状况的探测与评价，研究巷道煤岩的裂隙发育规律，裂隙的透气性。（2）研究煤壁裂隙的密闭方法与材料，研究不同密闭方法和密闭材料对瓦斯抽放浓度的影响规律。（3）破裂煤岩密闭前后透气性能和围岩力学性能试验与分析。（4）井下工业性试验，研究施工工艺和质量控制方法。（5）密闭加固效果的评价和矿压监测2、技术关键（1）新型密闭材料的研制开发是本项目的技术关键，（二）技术创新点（1）微纳米双液注浆材料的研制（2）密闭煤壁施工工法（三）主要技术指标或经济指标（1）注浆密闭材料的成本只有现在煤矿使用的有机材料的40%左右。（2）瓦斯抽采浓度达到30%以上。三
7、、研究开发方法及技术路线（1）抽放钻孔区域的煤岩工程与地质状况的探测与评价通过地质雷达检测方法，确定巷道围岩松动圈与裂隙发育特性，详查巷道两帮煤岩的破坏状况，分析围岩的透气性和变形破坏的主要影响因素，评价围岩的可注性，为选择合理的注浆材料提供依据。（2）研究煤壁裂隙的密闭方法与材料根据巷道围岩的破碎及透气情况，探索煤壁表面密闭和注浆密闭的效果。开发微纳米双液注浆材料，探索相应的注浆工艺和注浆参数的设计方法。（3）破裂煤岩密闭前后渗透率和力学性能试验与分析通过室内试验详细分析巷道围岩的力学特性，并通过对破裂岩样进行注浆加固后的力学性能和渗透性特性进行试验，反映破裂岩体加固后的密实性特性，为加固后
8、支护结构的气体渗透性的确定提供基础参数。（4）回采巷道围煤岩注浆密闭加固技术方案的确定根据巷道围岩松动破坏特性，结合工程实际与施工技术等情况，提出巷道围岩注浆密闭加固技术方案与参数，并制定详细的施工组织和安全保证措施。确定密封加固材料，制定井下施工质量要求和验收指标。（5）井下工业性试验和质量控制根据确定的注浆密闭方案与参数，进行井下工业性试验。在注浆密闭施工过程中，选派具有长期注浆加固经验的专业技术人员负责技术指导、现场施工质量把关，发现问题及时处理。（6）密闭加固效果的评价和矿压监测在综合注浆密闭加固施工过程中，根据注浆等施工中存在的问题，通过钻孔取样与窥视、地质雷达、压水、瓦斯抽放浓度检
9、测等技术手段对密封加固效果进行检验，发现问题及时采取重新打孔注浆或补浆等补救措施。五、研究开发项目组人员名单姓名性别出生年月工作单位专业职称在本项目中承担工作苌道几男1966.4焦煤方庄二矿采矿工程师项目组组长邢文平男1965.8焦煤方庄二矿地质高工项目组副组长寇平均男1963.11焦煤方庄二矿采矿助工安排现场施工赵太立男1973.2焦煤方庄二矿采矿助工指导施工徐国卫男1976.2焦煤方庄二矿通风现场指导牛新飞男1988.2焦煤方庄二矿通风助工现场技术指导王力强男1983.8焦煤方庄二矿通风助工现场指导靳新季男1979.2焦煤方庄二矿采矿助工现场施工管学茂男1965.9河南理工大学采矿教授技术
10、负责刘小星男1979.3河南理工大学材料博士生试验研究张海波男1975.6河南理工大学材料副教授试验研究杨政鹏男1980.1河南理工大学材料博士试验研究方明星男1988.4河南理工大学采矿研究生试验研究仲启方男1989.8河南理工大学采矿研究生试验研究六、计划工作进度（1） 2012.1 现场资料调查研究、基础试验；（2） 2012.22012.5 理论分析、参数优化与方案设计、实验室模拟；（3） 2012.62012.8 现场工业性试验，参数调整；（4） 2012.72012.10 推广应用试验；（5） 2012.11 总结研究成果，提交全面研究报告，进行项目验收。七、费用预算情况1、研发活
11、动直接消耗的材料、燃料和动力费试验100m巷道，每米费用1500元，合计15.0万元2、直接从事研发活动的本企业在职人员费用（含工资、津补贴、奖金等） 每班4人注浆，每人每月5000元，100m巷道用时1个月，合计2.0万元3、专门用于研发活动的有关仪器、设备折旧费无4、专门用于研发活动的有关仪器、设备租赁费 无5、专门用于研发活动的有关软件、专利权、非专利技术等无形资产摊销费无6、专门用于中间试验和产品试制的模具、工艺装备开发及制造费无7、研发成果论证、鉴定、评审、验收费用 2.0万元 8、与研发活动直接相关的其它费用（含新产品设计费、新工艺规程制定费、技术图书资料费、资料翻译费等） 2.0万元以上合计：21.0万元 （汇总时以上合计为研发费用）9、外协费（拨付给对方使用的经费） 19.0万元，包含注浆材料的研制、注浆方案的设计、施工指导、矿压观测、技术服务等费用。10、设备购置费 6.0万元合计46万元八、项目单位申报意见同意申报负责人（签章）审查日期： 年 月 日九、焦煤集团审核意见同意立项负责人（签章）审核日期： 年 月 日（汇总表在下一页）
