硬煤超大采高综放开采技术优化与效率提升

硬煤由于其丰富的储存量及能源价值,对我国能源供应具有关键的支撑作用,但与此同时,其高强度、耐磨性等特性也对开采技术与设备提出了更高的要求。鉴于此,本论文关注于硬煤超大采高综放开采技术的优化与效率提升。采取理论分析和工程经验相结合的方法,对现有开采技术进行全面研究。论文首先对超大采高综放开采技术进行分析,得出其在硬煤开采中的应用存在某些不足,如设备磨损快、效率低下等问题,然后提出了针对这些问题的技术优化策略。具体实施中,我们设计并实施了一系列技术措施,包括设备的改进、生产流程的优化等,以期提高开采效率。实践结果显示,研究所得的开采技术显著优于传统方法,设备使用寿命明显提升,生产效率也得到了提升。研究成果为今后提升硬煤开采效率、降低生产成本提供了有益参考,对推动我国能源工业的可持续发展具有重要意义。

大截深综放对含硬煤散体顶煤放出率的影响

为研究含硬煤分层顶煤在大截深一采一放和相同步距两采一放的这两种方式下的顶煤放出率,采用PFC2D软件建立数值模型进行研究,得出顶煤中存在硬煤分层时,前者放出率高于后者;相反,放出率相差甚微。各层顶煤放出率的差异是其主要原因,对于硬煤分层和上位顶煤,放出率均是前者高于后者,而对于下位顶煤,放出率相差无几。前者的这种优越性随着硬煤分层厚度和块度的增加而增加,并存在临界值,当硬煤分层厚度小于此值时,其增加缓慢;反之,急剧增加。从散体运动角度分析,前者使得支架尾梁上方散体顶煤的流动性相对增加和采空区侧矸石的流动性相对减弱,这有利于顶煤的放出。

工作面倾角对含硬煤夹层顶煤放煤方式的影响

为了研究工作面倾角对顶煤放煤方式的影响规律,采用PFC2D数值模拟软件,模拟了不同倾角综放面依次采用不同的放煤方式开采散体顶煤的冒放规律,统计出了不同放煤方式时工作面倾角与顶煤放出率的关系,得出了综放工作面倾角为15～30°时优选双轮顺序放煤。应用散体介质力学原理,分析了工作面倾角不同时影响煤矸流动规律的主要因素为自然安息角和煤岩成拱;探讨了工作倾角与上、下部煤矸分界线的关系,且煤岩成拱概率随工作面倾角增大而增大;此外,指出了工作面倾角不同时自然安息角和煤岩成拱对煤矸流动规律的作用程度不同。

软硬煤瓦斯解吸规律及影响因素的实验研究

为了研究软硬煤瓦斯解吸规律,搭建了大质量瓦斯解吸实验系统,进行了不同变质程度软硬煤的瓦斯解吸实验,对比分析了软硬煤的孔隙结构特征,查明了软硬煤的瓦斯解吸规律及影响因素。研究结果表明:软煤相对于硬煤,具有更多的瓦斯解吸总量和更快的解吸速度,采用幂函数可以较好的描述软硬煤的解吸规律,煤的破坏类型和变质程度是影响瓦斯解吸量的主要因素;软硬煤瓦斯解吸规律的差异性主要受煤的孔隙结构影响,软煤总孔容是硬煤的1.18~2.14倍,且软煤中孔及大孔更为发育,这为瓦斯解吸提供了更优质的通道;软煤相对硬煤在同等条件下变质程度更高,煤吸附甲烷的能力更强,这有利于软煤瓦斯解吸量的增加及解吸速度的加快。研究成果为准确测试煤层瓦斯含量和钻屑解吸指标提供了理论依据。

硬煤冲击倾向性的层理效应研究

煤作为一种层理异常发育的岩体,其冲击倾向性深受层理影响。基于忻州窑矿14号煤大量室内试验数据,通过分析不同层理角度下煤样冲击倾向性指标值的变化,来探讨层理对煤冲击倾向性的影响及内在机理。研究结果表明:该类硬煤的非线性弹性特征、变形模量、峰值强度、峰后跌落特征等都与层理相关,表明其冲击倾向性也与层理相关;采用冲击能指标判定时,层理角度0°时为强冲击倾向煤样,45°时部分煤样属于弱冲击倾向煤,90°时全部属于弱冲击倾向性煤;采用动态破坏时间判断的冲击倾向性结果严重偏弱,原因在于该类硬煤峰后出现了不同程度的台阶式跌落;煤样冲击倾向性的层理效应,根本原因在于层理会对煤样的破坏模式存在剧烈影响。研究结果表明,含层理煤样冲击倾向性测试时应考虑层理效应,否则会有较大偏差。

软煤和硬煤的甲烷吸附扩散特性对比

研究煤的吸附和放散特性,对于查明煤与瓦斯突出中甲烷的作用,提高煤层气采收率或矿井抽采率具有重要作用。通过自行研制的实验装置,对河南新安矿和平煤一矿软煤和硬煤甲烷吸附和扩散的性质、相同吸附压力下的吸附量和Langmuir吸附常数的差异进行分析,阐明煤表面能的控制因素,查明煤在初始解吸时刻的扩散系数。结果表明,同一煤层中软煤比共生的硬煤具有更大的Langmuir吸附体积,在同一吸附压力下同阶煤的吸附量与煤的软硬和吸附压力有关,软煤和硬煤的表面能与煤阶有关,短时间解吸时软煤扩散系数大于硬煤,长时间解吸后硬煤的扩散系数大于软煤,且软硬煤的扩散系数均随解吸时间延长和吸附平衡压力的增加而减小。

不同加载模式软硬煤岩侧向变形特征的对比实验研究

选取现场典型软硬煤岩试样,利用MTS815电液伺服岩石力学测试系统进行单轴、三轴压缩实验,研究分析在不同加载模式下煤岩强度及变形破坏特征,建立煤岩压缩过程侧向应变与破裂机制的关系。对比实验结果表明:软硬煤岩内部结构和孔隙、裂隙发育程度决定了它们强度、屈服后轴、侧向变形特征具有较大的差异;致密坚硬煤样加载过程表现为明显的弹脆性特征,剪切破断角比较大;压缩变形曲线4个阶段侧向应变非线性特征明显,屈服后呈陡增至极大值,因其内部出现稳定剪切滑移而发生破坏;软煤样侧向应变一直处于非线性小幅度增加过程,内部裂隙发育扩展达到一定程度易发生局部张拉破坏。用侧向塑性变形损伤量表征煤岩体内部损伤演化特征可以取得较好结果。

含硬煤分层厚煤层放煤工艺参数优化研究

针对秦源煤矿含硬煤分层综放面存在放出煤块大,单架放煤时间长,放出率低的问题。通过PFC2D数值模拟和现场工业试验相结合的方法,分析了不同放煤步距和放煤方式对煤矸流动形态及顶煤损失特征的影响。得出采用两刀一放单轮间隔放煤的放煤方式,能加强对顶煤的扰动改善含硬煤分层顶煤的冒放性,同时有效控制含矸率,提高顶煤回收率。

提高国产刨煤机截割硬煤能力的研究

阐述了刨煤机的优缺点 ,通过对滑行刨煤机装机功率、截割深度、截割力及截深控制方法的试验研究 ,提出了应用定量推进系统来控制截深 ,从而提高刨煤机截割硬煤的能力。

硬煤超大采高智能化综放开采关键技术装备研究

为实现8~12m硬质特厚煤层安全高效开采,针对硬煤冒放性差的特点,采用小采放比开采模式,增加割煤高度,利用围岩扰动改善顶煤冒放性能,实施超大采高综放开采,研究了硬煤超大采高综放开采成套装备,得出了工作面总体设备配套参数,优化了工作面大梯度过渡技术及端头区多设备联合支护方案。针对顶煤冒落块度大问题,研究了大运量煤流运输系统,配套采用后部刮板输送机交叉侧卸技术,配置了煤流四级破碎体系,工作面采用高可靠性智能控制采煤机,创新研发了强扰动高效放煤机构及"记忆+远程干预"放煤系统,创建了具有主动感知、自动分析、系统协同性能的安全高效的智能综放工作面,为实现年产1.5Mt特厚煤层综放开采奠定了基础。

含硬煤分层硬煤厚度对顶煤放出率的影响

为研究含硬煤分层顶煤在硬煤厚度不同的条件下的顶煤放出率,采用PFC2D软件建立数值模型的方法,模拟出不同硬煤厚度影响下顶煤的冒放规律,统计出了不同条件下上位顶煤、硬煤分层、下位顶煤的损失率。结果表明:硬煤分层的存在影响顶煤冒放性,随着硬煤分层厚度增加,上位顶煤和硬煤分层的损失率随之增加,对下位顶煤影响程度低;适当调整工作面开采参数和采取煤层注水强制弱化硬煤分层,降低硬煤分层的强度,使顶煤更加破碎,可提高顶煤的回收率。

特厚硬煤超大采高综放小采放比开采技术与支架优化设计

为实现金鸡滩煤矿9~13 m特厚硬煤层的安全、高效和高回收率开采,采用理论分析和数值模拟等方法对不同割煤高度顶煤回收率和煤壁稳定性进行了分析,基于顶煤回收率、煤壁稳定性与割煤高度的对应关系提出了“以采为主,以放为辅”的超大采高小采放比技术。研制了ZFY21000/35.5/70D两柱掩护式强力超大采高放顶煤液压支架,基于抗冲击立柱、高效放煤机构等优化设计解决了超大采高综放易冲击、煤壁易片帮和硬煤易成拱的难题。超大采高小采放比综放开采是特厚硬煤提高回收率、实现高产高效的有效方式。

含硬煤顶煤综放开采提高回采率措施研究

为研究秦源煤业含硬煤分层综放开采硬煤分层对顶煤放出率的影响,运用PFC2D软件建立放顶煤数值模型,模拟在随赋存变化的硬煤厚度影响下顶煤的冒放规律,统计不同硬煤厚度上位顶煤、硬煤分层、下位顶煤的回收率,提出提高散体顶煤回收率的措施。结果表明:硬煤分层的厚度影响顶煤冒放性,随着硬煤厚度增加,顶煤回收率受到严重影响;通过优化工作面综放开采工艺和采取顶煤注水弱化硬煤能增加顶煤的破碎度和降低硬煤的强度,使顶煤的回收率得到提高。

高应力区硬煤层巷道钻煤粉卸压技术分析

针对高应力区硬煤层巷道,由于难以注水,采用传统煤体爆破和大直径钻孔卸压方式往往不能将冲击危险降低到可接受水平。通过现场试验,提出了一种钻煤粉卸压技术,其特点是采用小直径、小孔间距的钻孔钻出大量煤粉,其原理类似于使煤层巷道围岩产生大变形,变"硬"煤为"软"煤,其效果使高应力区煤体得以有效卸压,降低和解除冲击危险,保证工作面安全生产。

深部硬煤掘进工作面煤与瓦斯突出机制探讨

为深入探讨硬煤的煤与瓦斯突出机制,对深部硬煤掘进工作面煤与瓦斯突出的相关理论和模型试验进行研究。根据断裂力学、岩石力学及煤与瓦斯突出有关理论,提出深部开采过程中硬煤掘进工作面薄板理论假设,并将该理论应用于深部硬煤掘进工作面煤与瓦斯突出模拟试验研究。对硬煤掘进工作面薄板理论分析,认为工作面尺寸、煤的弹性模量、围岩侧压系数、瓦斯压力等因素对硬煤掘进工作面突出具有较大影响。试验结果表明,在围岩应力、煤的坚固性系数较大的情况下,硬煤突出临界条件主要受围岩应力、煤的弹性模量、围岩侧压系数及工作面尺寸等因素影响,而受瓦斯压力影响相对较小;在围岩应力、试样的坚固性系数较大且煤的弹性模量和侧压系数稳定不变的情况下,发生突出的临界轴向应力随模拟工作面尺寸增大而近似呈线性减小。试验结论基本符合本硬煤突出薄板模型理论公式,在一定程度上验证了硬煤掘进工作面煤薄板模型理论及硬煤掘进工作面突出机制假设。

活鸡兔井特厚硬煤下分层综放开采技术实践

活鸡兔井特厚煤层1^(-2)煤复合区煤层厚度约10 m,采用分层开采。由于10年前上分层各综采面回采时均未铺网,导致下分层回采顶板控制难度大、安全性较差。针对这个问题,经过认真分析研究,在1^(-2)煤的下分层12~下202工作面采用综放开采技术,巷道采用外错式布置,回采时工作面无周期来压,压力平缓,煤炭回收率较高。在开采过程中对局部实体顶煤缺失的区段采取降低采高、卧底回采、留设200~300 mm厚的顶煤、跟机迈步擦顶超前移架和加快推进速度等措施,取得了非常好的效果。

软煤、硬煤、泥岩夹矸的力学特征及瓦斯地质意义

煤与瓦斯延期突出是煤与瓦斯突出中的一种特殊类型,往往出乎人们的意料之外,突然发生。对煤体结构中不同煤岩类型的力学性质进行分析,有助于对煤与瓦斯延期突出过程或机理的认识。望峰岗煤矿煤岩样品力学性质测试结果表明:软煤强度最小,硬煤强度居中,泥岩夹矸的强度最大,相互之间存在很大的不同,而且应力-应变曲线线型也有明显差异。硬煤和泥岩夹矸在快速完成衰减蠕变阶段后,长时间保持在稳定蠕变阶段;软煤的蠕变特征迥然不同,衰减速度先快后慢,但一直处于衰减蠕变阶段。

硬煤综放面矿压显现及其控制

本文以晋城古书院矿３＃煤的综放开采为工程背景，结合现场矿压观测和相似模拟研究成果，阐述硬煤条件下综放面的矿压显现规律及其控制问题。

综放工作面硬煤裂隙分布对其冒放性研究

以晋城矿务局古书院矿３＃煤层三个综放工作面为研究对象，详细分析了裂隙分布组数、方位、间距等对顶煤冒放性的影响，提出了工作面布置和裂隙分布最佳匹配，能够改善硬煤综放开采的冒放性，为坚硬煤层综放开采提高顶煤采出率提供了一条可行的思路。

关于中国硬煤分类编码的建议

讨论了硬煤的范围及中国硬煤资源分布。从煤的主要组成及有关结构、物性出发，讨论了煤阶与煤岩类型对煤炭开采与利用工艺过程的影响。按分类编码的要求，选择了６个指标对硬煤进行编码。依次为：镜质组平均最大反射率，干燥无灰基高位发热量，干燥无灰基挥发分，粘结指数，干基灰分与干基全硫；列举了编码示例。