Suitable retention and recovery technology of floor coal at ends of fully mechanized face with great mining heights

Gateways at faces of great mining heights are mostly driven along the roof of coal seams.For gateway height restrictions,a 1-3 m floor coal is retained,leaving a triangular floor coal at the face ends,causing a loss of coal.In order to improve coal recovery rates and to ensure efficiency of equipment at coal mining faces,we investigated suitable retention methods and recovery technology of floor coal at face ends.The upper floor coal can directly be recovered by a shearer with floor dinting.The lower floor coal is recovered by shearer with floor dinting after advanced floor dinting and retaining a step for protecting coal sides in a haulage gateway.Field practice shows that this method can improve the coal recovery rates at fully mechanized working faces with great mining heights.

双巷并行三维电法探测煤层工作面底板富水区

在工作面双巷中分别布置电法观测系统,所有电极均布置在巷道底板位置,利用并行电法仪采集电法数据,将双巷各测站采集电法数据进行拼接,联合进行三维电阻率层析成像,得到工作面双巷间底板范围三维电阻率变化情况。根据富水区与正常岩层间的电性差异情况,分析富水区可能的电阻率表现形式,再结合已有地质资料、钻孔涌水及注浆资料,综合分析出工作面底板的富水区及分布范围。对安徽恒源煤电工作面的底板水探测及验证表明,该方法较准确地查明了工作面底板岩层内富水区的分布范围。

采煤工作面底板水视电阻率全方位探测方法

深部煤层开采受下伏灰岩水害威胁日益严重,探测采煤工作面底板富水区是保障安全生产的一项重要工作。目前,矿井电法是富水区探测的主要手段之一,但存在对富水区定位不准的问题。为进一步提高对采煤工作面底板岩层富水区的判定精度,在充分分析单巷电法和双巷电透视法优缺点的基础上,通过对视电阻率观测与反演方法的改进,提出视电阻率全方位探测方法。以全空间球状模型为例,给出了球状模型外空间中任意三极装置的视电阻率表达式。针对采煤工作面内侧、巷道和外侧底板不同位置的5个低电阻率模型,分别计算了全方位和双巷透视视电阻率数据,通过三维反演分别获得了采煤工作面底板岩层的电阻率图像,对比可见:①在平面上,前者的低阻核心区与5个模型位置一致;后者的低阻核心区与工作面内侧及巷道底板的3个模型位置一致,而与工作面外侧底板的2个模型位置存在误差,误差系数分别为1.0和2.0,反映工作面外侧模型距离巷道越远,误差则越大;②在垂向上,两者对模型深度的判定均存在不同程度的误差,但相比而言,前者定位误差小,对模型深度的判定更准确。分析结果表明在全方位视电阻率反演过程中,单巷测深数据与双巷透视数据之间能够相互约束,促使低电阻率球状模型的准确归位,体现了全方位视电阻率探测方法的优越性。工程实践进一步表明了该方法的准确性和可靠性。

综放沿空留巷底鼓变形及其控制研究

针对综放沿空留巷底鼓变形严重问题,分析综放沿空留巷底鼓变形规律,建立综放沿空留巷底鼓力学模型,推导出底鼓计算公式,并对其影响因素进行分析,据此提出底鼓控制对策,最后将其应用于现场。结果表明:综放沿空留巷的实际底鼓量取决于直接底压曲量与基本底挠曲量两者的最大值,底鼓量理论计算结果与现场实测结果基本一致。各因素对底鼓影响程度依次为:巷道宽度、基本底弹性模量、巷旁支护体宽度、巷旁支护体对底板压力、煤帮极限平衡区宽度、采放比。合理的底鼓控制措施应针对关键性影响因素实施,据此提出"锚网索+高强度墩柱+基本底注浆"围岩变形控制对策,现场工程应用表明,底鼓变形得到了有效控制。

采煤工作面底板水双频激电法数值仿真与探测试验

深部煤层开采常遭受底板水害威胁,严重影响煤矿安全高效生产。采用矿井电法实施采场底板岩层富水性探测是煤矿水害防治工作中的一项重点内容,但该方法面临实测电阻率多解性强及异常定位不准的难题。为进一步提高对岩层富水区的判定精度,提出了采煤工作面双频激电(Induced Polarization,IP)全方位探测方法。结合淮南矿区深部A组煤层顶底板地质与地电条件,构建了不同方位的圆柱体富水异常地电模型;以Cole-Cole模型为激电效应基础,采用有限元方法实施了双频激电数值模拟,理论分析了不同异常模型的激电视参数响应特征,其结果表明:①单巷激电视参数表现为低阻高频散异常,曲线“交点”可准确定位异常模型的走向位置,但难以确定异常模型的准确方位。②双巷透视各发射点对应的激电视参数曲线在异常模型附近聚焦,同样表现为低阻高频散异常特征,发射点与异常模型的位置关系决定了视参数曲线形态及性质,接收点与异常模型的位置关系决定了异常幅度大小。激电视参数对面内及巷道底板异常模型的响应幅度大,对面外模型异常响应幅度偏小。为进一步评价激电视参数成像精度,对比分析了双巷透视和全方位数据的三维反演结果,表明单巷测深和双巷透视数据可相互约束,利用全方位方法所得的激电反演结果能精准定位各异常模型,体现了该方法的优越性。工程实践进一步表明,该方法能有效降低电性异常的多解性,大幅提高异常空间定位精度,改善煤层底板岩层富水区的判定效果,为煤矿水害精准防治提供了有力的技术支撑。

厚煤层综放工作面巷道底鼓原因分析及控制技术研究

以彬长矿区大佛寺矿110工作面运输巷底鼓治理工程为技术背景,研究了巷道底鼓的发生机理,并针对引起底鼓的主要原因进行巷道支护设计研究,提出了"树根桩式锁脚钢管+泄压槽"底鼓综合治理方案,采用FLAC3D数值模拟软件对方案进行验证,进行了现场工业性试验。现场监测结果和治理效果表明,该方案不仅提高了巷道支护结构强度,也改善了巷道应力环境,底鼓治理效果良好,保证了煤矿的安全生产。

综采工作面过断层方法

综采工作面过断层一般有3种方法,即切割顶板过断层方法,切割底板过断层方法及顶底板都切割过断层方法。文章简要分析了这3种方法的优缺点及施工方法,对综采工作面过断层具有一定的借鉴及指导作用。

综放工作面煤柱巷道软岩底板非对称底臌机理与控制

针对综放工作面煤柱巷道非对称底臌剧烈、支护维护困难、起底工程量大等难题,以大南湖一矿综放工作面煤柱巷道为工程背景,采用理论分析、数值模拟、现场试验等综合研究方法,分析了煤柱巷道围岩周边应力环境特征及其作用下的变形破坏形态。结果表明:煤柱巷道底板强度低下以及在采动影响下围岩应力环境出现非均匀现象,进而导致巷道底板塑性区出现非均匀分布,是造成非对称底臌的内在原因;底臌变形规律监测结果显示,非对称底臌程度与放煤厚度有内在联系,放煤厚度在5.9 m范围内,放煤厚度越大,基本顶岩层破断偏转角度亦越大,巷道围岩周边主应力比值、主应力旋转角度等参数越大,底板塑性破坏引起的非对称底臌变形越剧烈;底板最大塑性破坏深度位置随着主应力方向旋转角度的增加,逐渐向巷道中部位置移动,导致底臌变形最大位置分布不同,同时,煤柱巷道的这种底臌变形可控性较差,现有技术条件下企图采用高强支护是不可行的,控制上应以适应底臌变形为主;然而,当放煤厚度超过5. 9 m,基本顶岩层有沿煤柱边缘失稳切落的可能,巷道围岩应力环境趋于原岩应力状态,巷道围岩塑性区分布范围大幅降低,底臌变形较小。据此,以巷道非对称底臌规律为依据,提出了以调整采掘关系、优化巷道底臌硬化方案为主的底臌控制对策,现场应用效果良好,底臌变形量有效减少的同时,巷道底臌处理工作量亦大幅降低。

超化煤矿三软煤层采煤工作面底板承压水的防治

在带水压开采条件下,为了消除采煤工作面底板承压水的威胁,结合郑州矿区超化煤矿煤层底板含、隔水层情况,采用突水系数法划分底板突水威胁区域,通过物探、钻探查明底板富水区的分布情况,对煤层底板薄层含水层进行注浆以将含水层变为隔水层,在工作面生产过程中保持均衡推进以减少前方移动支承压力对底板隔水层的破坏。实践表明:采取物探、钻探、注浆和均衡推进等综合防治水的方法能有效减少工作面底板的涌水量,降低底板承压水的突水概率;对三软煤层底板主要强含水层以上地层进行加固改造,可以提高底板岩层的隔水厚度和隔水性能,有效防治底板承压水。

采场端部底板破坏深度解析分析

为了理顺采场端部底板岩体主应力场中3个主应力的力学逻辑关系,同时研究采场端部底板破坏深度,通过力学分析,确定了采场端部底板岩体主应力的具体形式,并以此为基础导出采场端部底板破坏深度的计算公式。研究结果表明,主应力场在极坐标下是关于极径r与极角θ的函数,且3个主应力与采场底板岩体的泊松比μ有关,当采场底板岩体的泊松比μ与采场端部底板岩体中的单元体在极坐标下的极角θ满足不同数值关系时,3个主应力是有所不同的,与之对应的采场端部底板破坏深度计算公式也必然不同。

煤层底板突水的断裂力学模型

基于煤层底板发育的各种结构面特点,运用断裂力学理论,建立底板突水的断裂力学模型,并提出了 底板安全隔水层厚度计算公式。

大倾角三软厚煤层综采工作面旋转开采技术

为减少煤炭资源损失,对潘北煤矿在大倾角(30°)三软厚煤层工作面进行旋转开采技术,设计了进刀比为1∶3的旋采方法及旋采关键技术方案,即对运输巷和回风巷进行超前刷扩和单体挑棚支护,以便调整转载机与带式输送机方向,保持工作面等长;在液压支架与刮板输送机间连接防滑千斤顶和锚链,以减少刮板输送机下滑量,保持综采机组整体稳定性;采用顶板铺链网并在架头连接工字钢,加强顶板管理,防止片帮、冒顶发生。实践结果表明,旋转开采技术的实施保证了大倾角三软厚煤层工作面的安全高效开采。旋采期间日产量达正常综采期间的93.1%,旋转开采经济效果良好。

带压开采首采工作面底板破坏深度研究

为得到离柳矿区柳家庄煤矿8号煤层首采工作面底板破坏发育特征,采用数值模拟及现场实测相结合的方法,研究了80101首采工作面底板破坏裂隙的发育形态及深度、不同工作面宽度条件下的底板破坏深度发育特征;根据压水判别依据,确定了5组底板破坏探测孔裂隙发育深度的实测数据。数值模拟结果表明：未受相邻采场采动应力影响下的首采工作面底板破坏深度发育较小,底板破坏在工作面走向上呈倒马鞍形,即工作面端部两侧底板破坏深度最大,最大破坏带向外侧倾斜为剪切破坏为主;工作面中部底板破坏深度小,以拉张破坏为主;底板破坏深度受工作面宽度影响较大,底板采动破坏深度与工作面宽度呈线性变化。现场实测结果表明,柳家庄煤矿80101首采工作面底板破坏深度为16.32~16.92 m,验证了数值模拟的有效性,同时为离柳矿区下组煤带压开采提供了基础资料。

控制底板岩层实现安全生产

根据对呼略矿采场围岩控制的研究 ,提出通过控制煤层底板来管理顶板 ,是采场围岩控制的重要方面。在矿压观测的基础上 ,经过科学分析与设计 ,增设单体支柱下的柱鞋 ,能有效地增强整个支护系统的刚度 ,达到控制和管理好顶板 。

澄合矿区5~#煤综采面不同倾长下底板破坏深度规律研究

以董家河矿区典型的22508工作面为工程地质背景,针对不同倾向长度的采煤工作面,采用理论分析和模拟技术结合手段,以最新规范中的经验公式、理论解、预测方程和模拟结果进行对比分析,总结得出5~#煤层不同倾长下的采面宽度存在拐点值以及底板破坏深度极限值,该结果符合底板演化实际规律,对后期首次开展大跨度22509采面底板承压水害治理与防治提供了科学依据。

突出煤层炮采放顶煤中瓦斯、水害治理技术

以焦作九里山矿为例,介绍了突出煤层炮采放顶煤的工艺,工作面的瓦斯治理技术,工作面的煤层底板注浆改造加固技术,有效地解决了此种条件下煤与瓦斯突出和煤层底板突水灾害问题,改善了生产环境。通过对焦作矿区高瓦斯多水害防治技术研究,找出适合该条件下的炮采放顶煤模式的采煤方法。为焦作矿区及华北型煤田高产高效矿井建设提供参考模式。

环工作面电磁法底板突水监测技术

为了监测煤层底板在工作面回采过程中导含水构造裂隙的实时动态发育情况,避免底板突水事故的发生,提出了利用环工作面电磁法对煤层底板突水进行监测的方法技术。通过数值模拟,研究总结了全空间条件下采煤工作面底板不同空间位置异常体在环工作面电磁法观测方式下的响应特征。设计了环工作面电磁法底板突水监测观测系统,并提出了电磁法突水系数的概念。根据底板下导含水裂隙与工作面底板之间距离的大小将电磁法突水系数划分3个等级:突水提醒阈值Cr、突水警告阈值Cw和突水报警阈值Ca。

基于超声波技术的采煤扰动底板破坏深度探测

为获取工作面采煤扰动底板破坏深度实测数据,应用于采煤工作面水害评价工作以防范采煤工作面底板突水,在朝川矿21090工作面正下方的-250 m东翼泄水巷布置了7个间距10 m、垂深30 m的监测钻孔,利用超声波探测技术进行了为期13 d的底板岩层波速监测。结果表明:从3号、5号、6号钻孔监测数据的整理分析,得出了工作面采煤扰动底板破坏深度为23.36~24.46 m,与"三下"压煤开采规程给出的底板破坏深度统计公式计算结果相近,应用于生产时超声波探测结果比统计公式计算数据更为可靠,因而利用超声波技术探查采煤扰动底板破坏深度是可行的。

基于“下三带”理论的底板隔水层破坏机理研究

为了进一步认识采煤工作面底板岩溶水突出机理,基于底板"下三带"理论和岩体极限平衡理论,采用力学和数学相结合的方法,探讨在采动影响下煤层底板隔水层破坏的机理,得出了底板隔水层破坏的临界水压力公式和底板突水的判断依据,并通过工程实例验证了上述结论。

深部下组煤首采工作面周邻区段底板突水危险性预测评价

以济北矿区某煤矿高承压水体上下组煤首采工作面周邻区段采掘为工程背景,为预测底板太原组主要灰岩含水层的突水危险性,运用突水系数法对正常块段十三灰的突水危险性进行预测评价,结果表明,完整地段10个钻孔的突水系数值均大于《煤矿防治水规定》中的临界突水系数0.1 MPa/m,带压开采危险性较大。与此同时,结合钻孔和伺服渗透资料,分别计算了这些钻孔底板岩层的综合阻水强度,并将这10个钻孔的实际水压值与其相应的综合阻水强度值的比值进行分区研究。两种方法对比分析表明,突水系数大的区段一般对应的比值也较大,两者之间具有一定的关联性,比较符合实际情况。这为济北矿区及地质条件相似矿井煤炭资源向深部带压开采所引起的底板水防治提供了新的研究方法。