超大采高工作面主回撤通道支护参数优化研究

主回撤通道围岩控制质量的好坏直接影响工作面撤出效率以及矿井安全生产。为了进一步优化回撤通道支护方案,提高支护效率,以神东矿区大柳塔矿52501主回撤通道为例,采用FLAC3D数值模拟方法,对末采阶段回撤通道围岩塑性破坏区演化规律开展研究,给出了末采阶段主动支护的作用范围及效果,提出主动支护优化的可行性。进一步对现有回撤通道支护方案进行优化,并在相邻工作面主回撤通道进行应用。研究结果表明:优化后巷道正帮和副帮变形量分别为302 mm和73 mm,较原方案变形量增加了5.9%和7.3%;顶板的变形量为236 mm,较原方案增加了4.8%。优化方案支护参数仍然可使主回撤通道保持稳定,并且支护强度适度降低,使得成本大幅下降,效率提高。

超大采高工作面覆岩断裂结构及稳定性控制技术

针对超大采高工作面超大空间、强扰动岩层运动带来的围岩稳定性控制难题,以金鸡滩煤矿8.0 m大采高开采实践为基础,采用理论分析、数值模拟等方法分析了超大采高工作面顶板岩层破坏的应力路径效应,提出了超大采高工作面顶板岩层断裂的"悬臂梁+砌体梁"结构及稳定性控制技术,并进行了超大采高工作面矿山压力实测分析。研究结果表明,不同层位顶板岩层的峰值应力、差应力及强度-应力比存在较大差异,直接影响顶板岩层的断裂状态及破断结构形式。金鸡滩煤矿8 m大采高工作面顶板岩层易形成"悬臂梁+砌体梁"结构,通过开发ZY21000/38/82D型超大采高液压支架、提高液压支架的强度及支架与围岩的组合刚度,实现了8 m大采高工作面的安全高效开采。

地表沟谷对上湾煤矿超大采高工作面矿压显现规律影响分析

采用实地测量、遥感分析、理论计算等方法,就神东矿区地表石灰沟对上湾煤矿8m超大采高工作面开采矿压显现影响进行了分析研究。结果表明,石灰沟对工作面整体影响范围约为950m,可划分为正常回采区、沟谷影响区、沟谷影响危险区等3个区域;工作面覆岩存在2个关键层,其中主关键层与石灰沟沟底垂直距离约为17.7m,主关键层受沟谷地貌的侵蚀影响程度不明显,主关键层保持完整且破断后容易形成稳定的"砌体梁"结构,预计工作面发生明显动载矿压灾害的危险性较小。鉴于超大采高工作面上覆岩层运移规律、矿压显现规律、顶板控制、巷道围岩控制均呈现新特点,提出了矿压监控与预测、主关键层强化、开采技术方案优化、工作面支护质量提升等系列超大采高工作面过沟谷地貌动载矿压防范措施。

超大采高工作面顶板基岩含水层富水性探测与处理技术

为了解决郝家梁煤矿顶板及周边烧变岩含水层对7m超大采高工作面安全开采的影响问题,根据基岩含水层的赋存条件,提出"地面物探+井下钻探"的联合探放水方案。地面瞬变电磁物探在工作面范围圈出两处富水异常区,一处为两巷基岩风化带富水区,另一处为初采期工作面顶板基岩含水层与烧变岩含水层导通区。基于物探结果布置了井下钻孔,基岩风化带富水区存在两个涌水量较大的钻孔,初采期存在一个涌水量较大的钻孔,富水区的实际位置符合物探结果,验证了瞬变电磁探测成果的准确性,为首采工作面的安全开采奠定了基础。

超大采高工作面大断面巷道超前支护设备研制与应用

针对世界首个8.8 m超大采高工作面大断面回风顺槽超前支护问题,以上湾煤矿124018.8 m综采工作面回风顺槽为工程背景,根据巷道实际开采地质条件与锚杆支护参数,研制出了ZFDC81100/30.5/55D型高强度迈步分体式超前支架组,给出了超前支架总体结构特征、技术参数与支架布置方案,并分析了超前支架窄型顶梁、多级侧护机构、非对称承载机构及防倒机构等创新设计方案。现场实践表明,超前支架参数设计合理,在保护顶板锚杆支护系统的基础上巷道围岩变形较小,得到了有效控制,可以满足8.8 m超大采高工作面回风顺槽安全支护与辅助运输要求,具有良好的安全技术与经济效益,为后续类似超大采高工作面超前支架设计提供参考。

8.8m超大采高工作面煤壁片帮原因及防护技术研究

针对上湾煤矿8.8m超大采高工作面在生产期间出现的煤壁片帮问题进行研究。将工作面的煤壁片帮类型分为机头段煤壁片帮和非机头段煤壁片帮两种,认为两种片帮的本质原因为煤层煤体硬度较大且所处地应力水平低;针对机头段煤壁片帮的原因认为作用在煤壁上的切向应力只是达到了煤壁单轴抗压强度的0.4倍,针对非机头段的煤壁片帮原因认为主要是顶板来压所致。结合生产实际情况,制定了合理收打支架护帮板及在支架架前设置近全断面的柔性网和铁栅栏的防护措施,两种方法在现场应用中防片帮效果良好,对于安全生产发挥了重要的作用。

8.8m超大采高工作面煤自燃防治经验探讨

超大采高工作面煤自燃监测数据包括气体浓度、温度等,研究方法包括实验、数值模拟、现场观测等。现有研究大多未考虑各指标之间的关系,研究手段及数据分析方法单一。针对该问题,以上湾煤矿采高为8.8 m的12401工作面为例,通过煤自燃实验、现场“三带”实测及数值模拟相结合的方式,分析煤自燃火灾过程中气体浓度与温度之间的关联关系,总结采空区内因火灾发火规律和特征。建立地面钻孔注氮模型,反演了采取注氮措施前后O_( 2)浓度场、CO浓度场、温度场和“三带”分布变化规律;针对高温异常区域,根据数值模拟结果选取注氮位置,采用地面与井下一起注氮的方式降低火灾危险性。研究结果表明:CO可作为预测煤自燃的指标气体,CO_( 2)和CH_( 4)不能作为指标气体,C_( 2)H_( 6),C_( 2)H_( 4),C_( 2)H_( 2),H_( 2)可作为辅助指标气体;采取注氮措施后,氧化升温带的宽度大大减小,CO体积分数明显降低,最高点温度迅速下降,惰化效果显著;高温异常区域CO体积分数及温度有逐渐下降的趋势,验证了注氮位置的合理性和注氮措施的有效性。

基岩层厚度对超大采高工作面矿压规律影响研究

上湾煤矿12401工作面为我国首个采高达到8.8 m综采工作面,研究掌握8.8 m超大采高工作面基本顶来压规律以及与基岩层厚度的相关关系,对于保证工作面安全高效开采、支架合理选型及参数设计有重要意义。利用CDEM数值模拟软件对8.8 m综采工作面初采及正常开采期间上覆岩层运动进行了模拟分析;对工作面支架进行矿压监测,连续观测了工作面推进的4250 m,共计110495个压力数据,采用数据统计方法对矿压显现规律及与埋深变化的关系进行了详细分析。结果表明:8.8 m超大采高工作面基本顶初次来压和周期来压步距与正常采高相似,来压强度明显增大;基岩层厚度对来压步距影响较小,但与工作面内同时来压范围成正比,与来压强度也成正比;随着基岩厚度的增大周期来压期间最大工作阻力和平均工作阻力增加。工作面采高大,开采时覆岩垮落和矿压影响范围大,基岩层厚度增大,影响采场来压显现的坚硬岩层厚度增加,是造成来压范围和强度增大的主要原因。

超大采高工作面超前支架组支护参数研究

以上湾矿12401超大采高工作面大断面回风顺槽为研究对象,采用数值模拟、理论分析、现场实践等方法对超前支护参数进行了研究。通过数值模拟分析确定工作面前方19 m范围内巷道受超前采动影响剧烈,超前支护长度不低于19 m,理论分析结合实际生产情况确定超前支护强度不低于447.5 kPa。在此基础上确定使用ZFDC81100/30.5/55D型强力超前支架组,给出了支架组的主要技术参数并分析了窄形顶梁、低位互帮机构、非对称承载结构等设计方案。实践表明,超前支架组支护参数设计合理,巷道围岩得到了有效维护,可以满足超大采高工作面超前支护要求。

超大采高工作面矿压规律数值模拟与分析

我国浅埋深特厚煤层矿区主要位于中西部地区,其中神东矿区是最典型的浅埋深特厚煤层赋存区域。该区域煤层埋深浅且赋存稳定;工作面采高大,矿压显现强烈;上覆岩层一般只有两带,来压时呈"切落体"式垮落。以大柳塔煤矿5-2煤特厚煤层开采为依据,对7 m超大采高工作面进行矿压规律研究。通过数值模拟、数据分析、现场观测等手段,对超大采高工作面的矿压规律进行分析,推断上覆岩层位移、应力状态、来压步距、来压强度,为后续的开采进行预测预报、减少顶板事故的发生,并为类似条件下的综采工作面开采提供参考。

超大采高工作面过沟回采精准防治水技术

超大采高工作面开采造成上覆岩层剧烈运动,导致覆岩裂隙发育,为地表及含水层水体提供流动通道,成为了矿井安全生产的隐患。以上湾煤矿12402超大采高工作面为背景工程实践,进行离散元数值模拟,揭示了工作面回采过程中上覆岩层导水裂隙带高度发育规律,结果表明导水裂隙带能够贯通地表,沿工作面倾向上覆岩层导水裂隙形态呈现“马鞍形”分布,由于采空区中部区域压实作用,工作面斜巷对应上覆区域成为防治水重点区域;同时该工作面上方为石灰沟,沟内积水量约10万m3,且地表下沉变形量达7.19m,在降雨量较大季节时易造成地面积水,对井下防治水工作提出了挑战。针对此,提出了井上下一体化精准防治水技术,包括地面采用提前疏放和塌陷坑回填措施、设置地面水文观测孔自动监测水位、井下调整工作面开采参数、精准探放水、优化设置排水设施安装地点和管路参数,制定防治水应急预案。工程实践表明,应用上述技术措施,能够有效降低大采高工作面涌水量,确保井下安全生产。

超高与超长工作面高效综采关键技术及装备发展现状与展望

煤炭作为我国经济发展的重要能源支撑,未来一段时间内,其在能源消费中仍将保持主导地位,随着相关技术装备的不断发展,我国部分矿井已实现单井单面产量突破千万吨,煤炭资源安全高效开发是我国未来科技发展的重要方向。依托国家重点研发计划项目“煤矿超高与超长工作面高效综采关键技术及装备”,以超高与超长工作面高效开采为核心,介绍了国内外超高与超长高效综采工作面的岩层控制理论、技术与综采装备发展现状,围绕“超大开采空间全覆岩三维动态破断规律与超高煤壁失稳破坏机理”“超大开采空间强矿压覆岩结构改造及其应力调控机理”“多重动载作用下超高与超长综采装备群动态响应及高效智能协同作业机制”三大科学问题,开展“超大开采空间全覆岩破断运移机理及围岩协同控制理论”“超大开采空间强矿压区域压裂卸压技术与装备”“超高与超长工作面智能开采成套装备”“超高与超长工作面装备群智能协同控制技术与装备”“超高与超长工作面高效综采工程示范”5项技术攻关。实践表明,我国部分超高与超长采煤工作面已形成成套技术及装备体系,为我国地质条件较为简单的厚煤层及中厚煤层矿区煤炭资源的安全、高效、绿色开采提供了可靠保障。指出了我国超高与超长高效综采工作面理论技术与装备及其控制的发展方向。

8.8 m超大采高综采工作面支架选型应用及顶板管理研究

针对8.8 m超大采高综采工作面开采强度高、顶板活动剧烈、管理难度大的问题,基于上湾煤矿12402综采工作面的顶板管理技术,对工作面矿压规律进行预测、对工作面支架的选型以及现场顶板安全管理体系进行了阐述分析。结果表明,采用类比法预测工作面回采矿压参数和规律能够满足超大采高工作面应用所需;强制放顶、擦顶移架法、超前拉架法等常规工艺在8.8 m超大采高情况下仍然有效,施工中形成的顶板安全管理体系保障了超大采高工作面的安全高效生产。

8.2 m大采高综采工作面超前支护技术研究及应用

针对金鸡滩煤矿8.2 m大采高工作面大断面回采巷道超前支护难题,综合地质条件和推进效率等因素,确定了双列多节自移式超前支架架型。采用低初撑力、高工作阻力的支护理念和初撑力自动保证技术,开发了避锚护顶、行走调控和斜坡式连接梁等新结构,研制出回风巷和运输巷超前支架组。井下试验表明超前支架抗周期来压能力强,推进效率高,超前巷道顶板完整好,具有良好的适应性;进一步分析了超前支架整体顶梁对顶板的反复支撑作用,提出了柔性顶梁的方解决案,为超大采高工作面超前支护技术提供了示范和参考。

超大采高综采工作面回撤通道支护技术实践

在分析现场地质条件及巷道支护原理的基础上,对淮南矿业集团潘一矿2141(3)工作面回撤通道支护形式进行了改进,采用工字钢、锚网索加挑棚联合支护技术,解决了2141(3)工作面回撤通道支护困难的问题,对工作面回撤液压支架的快速安全起到了积极的作用,也为其他地质条件下的矿井回撤通道支护提供了经验。

超大采高综采工作面乳化液泵站系统

为了满足8.8 m超大采高综采工作面乳化液用液需求,针对现有乳化液泵站系统存在单台泵站流量低、传动系统可靠性不高、吸排液阀寿命短、系统响应速度慢等问题,设计了超大采高综采工作面乳化液泵站系统,单台乳化液泵站流量达1200 L/min,额定工作压力达37.5 MPa。重点介绍了滑块与连杆球形铰接运动副、四点支撑曲轴设计、超大流量吸排液阀、泵站均衡控制、系统实时快速响应等泵站系统设计的关键技术。针对现有乳化液泵结构中滑块与连杆的连接采用圆柱销的形式,存在不能自动调心、无法消除侧向力的影响、滑块容易磨损等问题,提出了全新的球形铰接形式,连杆可以在水平方向有一定的摆动,消除了传统形式的侧向力的影响;独特的多点润滑孔道设计,使得球头与铰座之间形成稳定的润滑油膜,使用寿命更长。采用4个圆柱滚子轴承支撑曲轴,稳定性强,有效降低了曲轴的挠度,曲轴的受力更加均衡,解决了轴颈圆角应力突变的难题。从结构、材料、工艺上改善了吸排液阀性能,延长了吸排液阀寿命。泵站采用均衡控制策略,保证了每台泵的运行时间基本相等,保持泵的运行寿命均衡。泵站系统采用实时快速响应技术,提高了系统的响应速度,可实时响应设备对流量、压力的需求,保证动作的及时性及准确性。实际应用结果表明,该系统结构合理、性能可靠、维修方便,满足了8.8 m超大采高综采工作面对供液系统的要求,促进了煤矿的高产高效和安全生产。

分析超大采高综采工作面切眼施工技术实践

随着采矿技术在我国的飞速发展,综合采矿设备尺寸也是不断加大的,工作面不断加大,对采矿技术也有一定影响。本篇文章通过对108工作面切眼的施工以及应用技术进行深入的研究和应用,确定合理支护参数和正确的施工操作方法。为超大断面切眼的施工提供一条新的应用途径和技术应用方法。

8.8m大采高工作面煤质提升技术与应用研究

为了促进8.8m超大采高综采工作面的高产高效发展,对上湾煤矿四盘区8.8m智能超大采高综采工作面的煤质管控水平进行研究。针对严控灰分的要求,得出影响工作面煤质的主要原因是工作面混矸问题严重。经过调查分析,导致工作面混矸的两大要因即矿压变化和员工技能不到位,并对应以上两因素提出做好工作面来压预测预报,设置增压泵提高支架初撑力,根据底板走势提高煤机司机操作规范,及时调整架型保证护顶效果等具体对策。对策实施后工作面混矸情况有所缓解,煤质发热量有明显提升,工作面生产组织能力有所加强,煤质管控成效显著。

浅埋深超大采高综放工作面矿压显现规律研究

本文围绕浅埋深超大采高综放工作面的矿压显现规律从多角度展开探究。首先,对工作面煤层顶底板的特征以及设备的选型与配套进行概述;其次,设计了矿压监测方案,包括矿压监测设备的布置、选择以及观测要求;最后,阐述了工作面的矿压显示规律,并着重表述了工作面顶板控制岩层、工作面支架工作阻力的确定以及矿压监测数据分析的重要性。

煤矿液压支架与围岩强度耦合研究分析

针对大同机电装备有限公司中央机厂对7.0 m以上超大采高工作面开采时矿压显现剧烈、围岩控制困难、煤壁容易片帮、易发生顶板冒顶事故等问题,通过运用数值仿真、模型计算及实地测量方法对液压支架与围岩强度耦合性进行研究分析;通过对中央机厂15218工作面超大采高矿山压力测量分析,得出基岩厚度大、埋深浅的超大采高工作面具有明显的大小周期来压与动载矿压;通过对中央机厂15218工作面顶板的力学结构、支架支护阻力以及煤壁的力学结构、临界帮护力的研究,得出架型应选择两柱支撑掩护式液压支架,液压支架护帮结构应选择伸缩梁与护帮板分体结构;通过采用工程实践分析的方法对中央机厂15218工作面超大采高工作面液压支架进行了适应性评价分析,得出ZY21000/38/82D型液压支架可以满足中央机厂15218工作面超大采高工作面的实际生产要求。