斜沟煤矿综采大采高顶板稳定性优化研究

斜沟煤矿地质复杂,情况多变。为防止斜沟煤矿顶板失稳现象的发生,通过对综采大采高顶板稳定性分析、稳定性优化措施以及优化效果进行研究,得出支架支护措施,解决斜沟煤矿顶板失稳问题,提高企业生产效率。

大采高综采覆岩“两带”高度综合探测研究

为获取大采高综采“两带”高度,促进煤炭资源安全、高效开采,以斜沟煤矿为工程背景,综合运用经验公式预估、现场试验探测和数值仿真计算,对18102工作面8#煤综采时的覆岩“两带”高度演化开展研究。结果表明:拟合得到的经验公式仅考虑了采厚因素影响,用于预测“两带”发育高度存在一定的局限性;现场钻探压水试验和瞬变电磁探测综合探测得到覆岩垮落带高度34.6 m,导水裂隙带高度74.8 m;分析了大采高综采时覆岩破坏高度、围岩应力场变化和位移场变化,“两带”高度数值计算结果与试验探测结果吻合良好。研究结果可为类似条件矿山的顶板管理、露头防(隔)水煤岩柱留设等提供参考。

大采高综采工作面矿压显现及顶板活动特征研究

为了得到唐山某煤矿综采工作面的矿压显现及顶板活动特征,基于关键层理论、“悬臂梁-砌体梁”力学模型,通过现场观测、理论分析、数值模拟的方法对9煤层矿压显现特征、顶板结构、支架工作阻力开展了深入研究,建立了覆岩结构力学模型,得到了工作面支架工作阻力的合理计算式。研究结果表明:工作面来压步距和来压大小均有一定的规律性,呈现一大一小的周期来压现象,来压期间中部测区支架荷载最大,两边偏小;通过直接顶关键层判别方法,确定了第2层岩层和第7层岩层分别为亚关键层1和亚关键层2。亚关键层1破断后以“悬臂梁”结构形态垮落进入采空区,亚关键层2破断后形成了稳定的“砌体梁”结构,此时亚关键层1与亚关键层2共同组成了“悬臂梁-砌体梁”结构;第2层岩层和第7层岩层组成的双关键层结构的破断运移规律导致了工作面呈现一大一小的周期来压现象。当双关键层同步破断时,支架工作阻力为13 688 kN。

大采高综采工作面尘源跟踪喷雾降尘关键技术及其应用

为提高煤矿井下大采高综采工作面粉尘捕获、沉降效率,针对大采高工作面空间分布广、粉尘运移范围大、传统喷雾方式不能有效覆盖产尘源等问题,在分析大采高综采工作面喷雾降尘效率影响因素的基础上,通过激光雾径测试平台、流量监测装置及多谱勒激光粒度分析仪测试喷嘴雾化参数,研发尘源跟踪喷雾降尘系统,实现了采煤机截割滚筒“三维立体”跟踪喷雾降尘。研究结果表明:大采高综采工作面喷雾降尘效率与喷嘴耗水量、喷雾覆盖面积和雾滴粒径等参数有关,并以此建立降尘效率公式;风速对喷嘴雾化降尘效率有重要影响作用,对每个单独喷嘴而言,风速的增加会降低喷嘴的降尘效率;根据计算得出不同风速条件下各喷嘴的降尘效率结果,优先推荐的喷嘴是SS1507;研制了一种具有流量控制功能的尘源跟踪喷雾降尘系统,实现跟踪喷雾降尘的可控及减少耗水量;并在三道沟煤矿85219大采高综采工作面进行现场应用,应用后上滚筒采煤机位置总粉尘和呼吸性粉尘降尘效率分别为91.15%和81.96%,下滚筒采煤机位置总粉尘和呼吸性粉尘降尘效率分别为90.61%和83.54%,该喷雾降尘技术显著降低85219大采高综采工作面空间的粉尘浓度,对矿山安全生产以及改善职工作业环境具有重要的意义。

补连塔煤矿综采大采高覆岩破坏“两带”高度实测研究

为了获取补连塔煤矿综采一次采全高"两带"高度,在一次采高7. 4m厚煤层的12511工作面布置采后钻孔,采用钻孔钻进过程中冲洗液漏失量和钻孔彩色电视观测相结合的方法,综合探测分析确定了"两带"高度。研究结果表明:该条件下,垮落带高度35. 08m,为采厚的4. 74倍;导水裂缝带高度为105. 96m,为采厚的14. 32倍。实测结果与采用分层开采经验公式计算结果对比差距较大,因此,厚煤层分层开采预计公式不适用于一次采全高"两带"高度计算,该实测研究成果可作为补连塔矿和其他相类似条件下煤矿开采计算导水裂缝带和垮落带高度的依据。

大采高综采工作面过地质构造研究

针对大采高综采工作面通过侵入的大断面冲刷带所带来的煤机截割困难、矿压异常等难题,本文以补连塔煤矿大采高综合机械化采煤工作面为例,总结了利用定向钻探技术对大采高综采工作面内冲刷带的探测方法,根据定向钻探结果研究确定了大采高综采工作面通过冲刷带的方法,总结了大采高综采工作面通过冲刷带的关键技术,分析了大采高综采工作面推过冲刷带期间矿压显现规律,为类似地质条件的综采工作面通过冲刷带提供一定的借鉴。

大采高综采工作面矿压规律研究

为保证综采工作面安全、高效回采,以补连塔煤矿22406综采工作面为研究背景,通过现场观测、理论分析、数据采集对大采高综采工作面进行综合的矿压分析,以初次来压、周期来压、支架阻力为手段,重点研究了其在回采期间的变化规律。研究表明,初采期间进行水压预裂起到一定效果,矿压显现不明显;工作面存在大小周期来压的情况,同时受构造应力影响较大;靠近采动侧和机头侧,动载系数变化较大;支架阻力表现一定的富裕性,充分保证了工作面回采。

煤矿“一通三防”及大采高综采工作面通风技术的改进研究

井下通风条件符合煤矿安全规程的要求,不仅可以为井下工作人员提供充足的新鲜空气和良好的气候条件,还可以冲淡和排除煤矿瓦斯等有毒、有害气体及浮游粉尘,瓦斯、煤尘和火灾都不会随意“兴妖作怪”。所以,“一通三防”便成为煤矿安全生产的重中之重。寺河煤矿的5306综采工作面采用的是一次性采全高大采高采煤工艺,单产产量高,生产强度大,综采工作面在生产期间的瓦斯绝对涌出量高,极容易造成瓦斯超限问题,“三防”问题非常突出。论述了矿井通风的基本任务和重要性,强调了通风设施的技术要求,详细叙述了寺河矿5306工作面的通风技术改进试验的过程,并对改进结果进行了检查分析。

杭来湾煤矿大采高综采面回采巷道围岩变形规律

回采巷道超前段围岩变形规律对于评价和优化巷道支护技术和保证工作面正常生产具有重要意义。以杭来湾煤矿30201大采高工作面为例,采用十字观测法对30201工作面回采巷道超前段表面位移变化规律进行监测,发现胶运平巷在超前工作面约22~38 m处开始发生变形,顶底板、两帮移近速度分别从11~15 m处急剧增大。同时,采用钻孔窥视技术对胶运平巷超前段围岩松动圈分布情况进行了观测,发现工作面前方3 m处巷道围岩处于采动影响剧烈阶段,工作面前方8 m处于超前支承压力峰值影响阶段,工作面前方18 m处处于超前支承压力减弱段。综合分析表面位移变形规律和松动圈测试结果,30201回采巷道采动影响迹象显现范围约为超前18 m。该成果可为类似大采高工作面回采巷道围岩控制及支护参数优化提供借鉴。

大采高综采顶板短悬臂梁-铰接岩梁结构与支架工作阻力的确定

针对大采高综采工作面矿压显现强烈,支架工作阻力确定依据不足等问题,采用现场实测、数值模拟相结合的方法进行研究得到:采高增加后,煤壁前方破坏面积及支承压力峰值明显加大、煤壁易发生片帮冒顶、采场顶板活动范围明显加大、顶板断裂线前移、岩层间离层量增加。依据大采高采场直接顶及基本顶新概念及新判别公式,提出大采高采场顶板易形成"短悬臂梁-铰接岩梁"结构,以及大采高综采支架工作阻力的计算公式。通过理论研究直接顶厚度、直接顶垮落步距、基本顶厚度、基本项垮落步距、采空区矸石碎胀系数以及采空区矸石刚度对支架工作阻力的影响,结果显示直接顶及基本顶垮落步距对支架工作阻力影响较大。

大采高综采技术的关键问题与对策探讨

大采高综采是厚煤层高采出率开采技术的重要发展方向,在界定大采高综采概念、分析其工作面开采基本特征的基础上,系统总结了大采高综采技术发展历程与研究现状,指出大采高综采技术的发展呈现采高增大化、围岩控制复杂化的趋势,大采高综采采场覆岩运动特征、煤壁片帮控制机理、支架围岩耦合作用规律、端部围岩稳定性控制等是急需解决的关键技术问题。首次提出采动支承压力分布支护效应与煤壁片帮时效性的观点,采用系统动力学来研究大采高综采采场煤壁-顶板-底板三维空间运动与支架工作状态的关系,可解决大采高综采的关键技术问题。

大采高综采工作面撤架期间采空区浮煤自燃防治技术研究

随着煤矿高产高效开采技术的发展,采空区浮煤自燃灾害威胁着煤矿工人的生命财产安全。针对羊场湾Y212工作面撤架期间采空区浮煤自燃特点与工作面实际开采条件,通过对工作面气体情况和井下实际生产条件的分析,提出在工作面前方重新施工巷道,采用高位孔灌注胶体材料、封闭注氮相结合的降温、降氧的防灭火方案,有效控制了该工作面在停采撤架期间的CO气体浓度和温度,为成功回撤奠定了基础,也为易自燃厚煤层自然发火机理研究与防治积累了主要的技术数据和实践经验。

大采高综采工作面产量再提高的回采工艺研究

基于大采高综采技术及煤机装备现状,分析了大采高综采技术得以大规模发展的原因,研究了大采高综采工作面产量再提高的回采工艺途径。结果表明大采高综采得以大规模发展的主要原因为：1在我国3.5~7.0 m煤层储量大、赋存稳定、倾角小;2煤机装备参数、性能的提高且大部分国产化;3通过科技攻关对大采高综采的岩层活动规律有了较深认识,得出了大采高综采工作面顶板岩层以“倒梯形短悬臂梁组—铰接岩梁”结构存在。随着采高的增大,大采高综采工作面超前支承压力的影响范围和峰值均显著增加、上覆岩层在工作面横向和纵向的活动范围随之增大、煤壁易在距上部0.35倍采高处发生破裂随后发生片帮等规律支持了开采技术与煤机装备的有机结合。

大采高综采面煤壁片帮特征分析与应用

片帮问题是制约大采高综采面安全高效开采的主要因素之一,为了弄清大采高工作面煤壁片帮特征,采用压杆理论分析完整性较好的煤壁的挠度特征,得到了煤壁容易发生片帮的位置在煤壁的中上部,并与现场实测结果对比分析,得到了大采高综采面两种典型的片帮形式:半煤壁片帮和整个煤壁片帮.现场采取了提高护帮板的使用率,增加支架的实际初撑力和工作阻力,及时移架等片帮综合治理措施,减少了工作面煤壁的大块煤片帮现象.

大采高综采工作面粉尘分布特征研究

为了掌握大采高综采工作面的粉尘分布特征,在采煤工作面布置测点进行粉尘质量浓度和粉尘分散度测定,并分析其浓度及特征粒径的分布规律,结果表明:采煤和移架作为工作面的主要尘源,移架的产粉尘质量浓度更大,呼吸性粉尘所占比例更高;工作面大于10μm的粉尘分散度最大,在粉尘中占主要比例。小于10μm的粉尘分散度为16.32%~41.16%;从采煤机到工作面进风口,粉尘中位粒径依次减小,呼吸性粉尘所占比例依次增加,主要粒径的分布范围更加集中,索太尔平均粒径依次减小,比表面积依次增加;采煤工作面工作人员的接触粉尘以粒径小于10μm的粉尘为主,所占比例为61.36%,中位粒径为7.68μm,主要粉尘粒径分布范围为1.74~20.39μm。

大采高综采工作面煤壁片帮机理及控制技术

为控制大采高综采工作面煤壁片帮,通过理论分析、数值模拟、现场实测等研究方法。研究了大采高综采工作面煤壁片帮机理,在此研究基础上,根据淮南张集矿1215(3)大采高综采工作面具体条件,提出了俯斜开采、采用高阻力结构合理的液压支架、加快工作面推进速度、加固煤壁和及时带压移架等控制煤壁片帮技术,应用实践表明,控制煤壁片帮效果良好。

大采高综采支架初撑力对煤壁稳定性的影响研究

为了解决大采高综采工作面易发生煤壁片帮及其难以控制的问题,提出了将控制煤壁片帮的切入点放在液压支架上,通过采用理论分析和数值模拟相结合的方法研究了综采液压支架初撑力为0-5 000 k N时对煤壁稳定性的影响规律。研究结果表明：当液压支架初撑力由0增大到5 000 k N时,煤壁内破坏深度由3.0 m减小为1.5 m,垂直集中应力峰值减小24%,煤壁处顶板下沉量减小24mm,煤壁水平偏移量减小8 mm。现场实测结果显示,提高液压支架初撑力能有效减小煤壁片帮次数和片帮深度;改善煤壁受力状态,最终减小煤壁片帮发生的概率。

阳泉矿区首采大采高综采面矿压规律实测分析

寺家庄煤矿15104工作面是阳泉矿区首个大采高综采工作面,为了了解工作面矿压规律,对15104工作面进行了现场矿压实测与分析,结果表明,工作面初次来压步距为35.8m,周期来压步距为17.9m,动载系数为1.48,工作面中部来压超前于两端1～2m,支架初撑力偏低。实测结果对相同条件下煤层开采采场围岩控制和指导实践具有重要意义。

极软突出厚煤层大采高综采片帮冒顶防治技术

为了解决梁北煤矿在极软突出厚煤层条件下首次采用5.0 m大采高综采一次采全高工艺,实施过程中出现大面积煤壁片帮和端面冒顶的技术难题,采用台阶式采煤等常规防治技术,并针对不同煤层厚度与顶底板条件注马丽散加固材料、自然留底煤及提架控顶等防治技术措施,工作面收尾时采用台阶法刷扩控顶收作技术,保证了工作面的安全高效回采和顺利收作回撤。

7m大采高综采工作面开采关键技术研究

随着厚煤层综采技术与装备水平不断提高,大采高一次采全厚综采技术将成为厚煤层安全高效开采的重要途径。以神东矿区7m左右厚度煤层为研究背景,神东煤炭集团通过产学研联合攻关,成功研制了7m大采高综采液压支架、采煤机和三机等一系列配套设备;在7m大采高开采的过程中,不断创新总结并形成了7m大采高综采工作面开采成套关键技术,安全高效回采17个大采高工作面,生产原煤1.5亿t,提高了7m厚煤层的开采效率和回收率。