榆家梁煤矿大巷煤柱回收工作面煤柱合理留设宽度研究

以榆家梁煤矿43312大巷煤柱回收工作面为例,采用理论分析计算、数值模拟、工程实践等研究方法,对大巷煤柱回收工作面煤柱合理留设宽度进行分析研究。结果表明:通过传统极限平衡理论计算得出大巷煤柱回收工作面煤柱合理留设宽度为5.28~10.38 m;煤柱宽度为8~10 m时,煤柱中出现应力集中,表明煤柱结构完整且能够实现有效承载;煤柱宽度为8~10 m时,煤柱承载能力增强,煤柱侧巷道变形量逐渐变大,同时由于应力转移,实体煤侧应力降低,实体煤侧巷帮变形量减小。通过现场工程实践对研究结果进行了验证,确定留设10 m煤柱后工作面矿压在可控范围内,能够确保工作面安全生产。

榆家梁煤矿综采面回风隅角CO来源测试及分析

针对榆家梁煤矿52煤综采面回风隅角出现CO超限现象,影响工作面安全生产的问题,基于现场实践,利用现场测试和实验室测定等方法,从煤层原生赋存CO、常温氧化生成的CO、工作面回采产出CO和井下胶轮车尾气等4个方面开展CO来源测试,分析得出CO主要来源。结果表明:52煤在常温的环境会产生一定量的CO气体,最高浓度达到0.229‰左右,是回风隅角CO的主要来源,约占70%以上;根据测定结果,从控制CO气体产生等3个方面制定了针对性的防治措施,有效防治了CO超限事故。

沿空留巷柔模砼墙快速成巷工艺在榆家梁煤矿的应用研究

针对沿空留巷现场施工过程中存在的柔模砼墙凝固时间不够、强度不足等问题,以榆家梁煤矿沿空留巷综采工作面为案例,采用矿压分析手段,横向对比了柔模砼墙成型和矿压显现的关系,分析认为沿空留巷柔模支护滞后工作面临时加强支护范围应不小于柔模成型期间工作面推进最大距离乘以相对安全系数。根据分析结果提出了“改性剂加快柔模成型+设备配套加快柔模浇筑”的方式,同时结合漏风问题的喷浆堵漏整改措施,于榆家梁煤矿52306工作面进行了试验研究,并对改进后的巷道进行了定期矿压观测,试验结果表明,“改性剂加快柔模成型+设备配套加快柔模浇筑”能够保证柔模墙体的强度达标,达到沿空留巷巷道所需墙体强度,实现沿空留巷快速成巷。

榆家梁煤矿52309工作面过空巷柔模泵送支柱支护技术研究

针对榆家梁煤矿52309综采工作面过空巷时,受空巷影响工作面顶板及巷道周期来压明显,采用理论分析计算、数值模拟、现场实测等研究方法,对工作面过空巷时空巷的合理支护强度和密度及工作面的来压情况和围岩破坏特征进行了研究。研究结果表明,通过理论计算并结合实际情况确定在1~3号空巷进行单双单列柔模泵送支柱布置,共188根;通过数值模拟分析发现柔模泵送支柱能有效减少空巷顶底板的塑性破坏范围,降低顶板下沉和底鼓,对巷道顶底板围岩变形起到较好的控制;通过对工作面过空巷期间矿压监测,基于工作面及巷道矿压显现表明工作面过空巷时空巷围岩应力场对工作面回采影响比较严重,但总体在可控范围内,柔模泵送支柱支护技术方案可以有效保障工作面回采推进过空巷期间的安全生产。

榆家梁煤矿52305沿空留巷工作面通风方式选择及防灭火技术研究

沿空留巷技术可减少巷道掘进量、减少煤炭丢失、提高煤炭资源回采率等优点,但也存在柔模混凝土墙漏风风险、造成采空区漏风风量大、增加采空区遗煤自然发火的风险等问题。防灭火技术对于采空区煤自燃防灭火的机理一般是隔绝氧气、降温或是减弱煤体中的活性集团的活性。以榆家梁煤矿52305沿空留巷工作面为研究对象,通过提高柔模墙施工质量,对柔模墙进行合理堵漏,选择合理的通风系统,对采空区监测监控,对地面及时回填堵漏,采用采空区注浆、注氮等措施预防采空区自然发火的风险。现场应用表明,采空区内未监测到自然发火气体成分且采空区内温度保持正常,确保了工作面回采的安全。

榆家梁煤矿工作面回风隅角CO防治措施研究

针对榆家梁煤矿52号煤层工作面回风隅角出现CO超限及低氧情况,从煤层原生赋存CO、常温氧化生成的CO、工作面回采产出CO和井下胶轮车尾气4个方面进行了回风隅角CO气体来源测试分析。根据现场和实验测试结果,从控制CO气体产生、防止CO气体积聚、加强气体监测及加强个体防护等方面制定了针对性的防治措施,有效保障了矿井52号煤层工作面的安全生产。

煤矿综采工作面高级智能化建设探索与工程实践

煤矿综采工作面智能化开采建设的目的是为了实现综采作业的无人、智能、高效作业,由于煤矿综采地质赋存的多样性、复杂性以及采煤工艺与综采装备群的融合度差等问题,目前我国综采智能化高级阶段的发展较为缓慢,因此对煤矿综采无人化智能开采相关领域的研究进展进行了研究,对国家能源集团关于井工煤矿智能采煤“530”建设模式(初级阶段综采工作面5人作业,中级阶段综采工作面3人作业,高级阶段综采工作面0人作业)进行阐述,探讨了实现智能化高级阶段的主要技术需求,提出基于统一数据融合基础的超前地质环境信息智能感知与分析技术,通过自主规划手段高效完成采煤机截割控制,为工作面可持续推进提供必要的技术支撑,以提高综采工作面煤层赋存信息化水平,为环境判识、智能决策提供信息基础;研发实现采煤工艺与综采装备群强耦合的协同一体化控制技术与装备,进一步减少综采工作面作业人员;建立地面控制中心开采决策中枢,通过设备间互联互通的自决策、互通讯与指令传输,实现综采成套装备的协同联动。最后,以国能神东煤炭集团有限责任公司榆家梁煤矿43207智能化综采工作面为典型案例,进一步阐述智能化高级阶段的多个关键技术问题和实现途径。

黄土丘陵沟壑区井工煤矿汛期水害应急对策研究

陕北矿区大多数为浅埋煤层群开采,煤炭开采后地表裂隙发育,塌陷区也分布显著,是汛期煤矿水害发生的主要影响因素之一,以国能神东煤炭集团有限责任公司榆家梁煤矿为研究背景,采用现场实测、统计分析等方法,通过分析黄土丘陵沟壑区地质地貌特征、降水对地下水的影响以及汛期水害致因因素等,提出了防治思路和对策。研究表明,矿区汛期降雨是水害发生的主要原因之一,主要表现为对地表河流补给、对老空水和烧变岩水的补给引发山洪暴发,在局部低洼区域形成积水,依据水害诱因提出了建立灾害性天气预警机制,开展隐蔽致灾因素排查的治理与预防工作思路,为类似开采条件的煤矿防汛工作提供参考。

煤矿矿井通风安全管理及通风事故的预防

近年来,煤炭工业发展迅速,但矿井工人的工作条件比较艰苦,矿井开采时排放的有毒物质会对身体健康造成威胁,本文对煤矿生产过程中的安全生产对策进行了探讨。本文介绍了煤矿的通风和安全管理概念,指出煤矿通风工作中的主要问题,列举了煤矿通风事故的预防方法。

沿空留巷工作面复用巷道大面积悬顶水力压裂治理研究

针对榆家梁煤矿52306沿空留巷工作面复用巷道上覆岩层普遍坚硬致密,难以自然垮落,易形成悬顶灾害问题,分析复用巷道顶板悬顶形成原因,建立复用巷道顶板悬顶区域水力压裂数值模拟模型,研究复用巷道侧砼墙应力演化规律,并对比分析水力压裂前后液压支架压力分布特征、巷道围岩变形量、钻孔超声波监测数据及其窥视结果,研究结果表明:坚硬顶板悬顶灾害的主控因素为悬顶跨度;坚硬顶板水力压裂技术可有效降低复用巷道侧砼墙应力集中程度,减小复用巷道围岩变形量,得出砼墙上部悬顶长度的合理切顶范围在2~5 m之间;对复用巷道采用顶板水力压裂措施后,液压支架整体平均工作阻力降低约12%,巷道变形大幅减小;钻孔窥视结果表明钻孔内部裂隙显著扩展,致裂效果显著;通过采取顶板水力压裂措施,削弱各岩层之间的黏聚力,弱化坚硬顶板,降低上覆岩层抗拉强度,实现缩短悬顶跨度和降低矿压显现程度。榆家梁煤矿52306沿空留巷工作面复用巷道从原长距离悬顶控制到目前的采空区顶板明显下沉、断裂和垮落,保障矿井安全高效生产。

浅埋深采空区下孤岛工作面区段煤柱稳定性研究

为了揭示浅埋深采空区下孤岛工作面区段煤柱稳定,以榆家梁煤矿52302孤岛工作面为工程背景,采用数值模拟和理论分析相结合的方法,研究了孤岛工作面回采期间覆岩采动应力的分布特征,分析区段煤柱应力演化规律,理论校核区段煤柱稳定性。研究结果表明:结合采空区侧向煤体在动态支承压力形成极限平衡区,理论计算得出两侧支承压力峰值距离52302孤岛工作面边缘煤壁约为1.74 m,支承压力影响范围约为13.1 m。数值模拟得出初次来压步距约为60~70 m,周期来压步距约为15~20 m,孤岛工作面两侧煤柱最大应力为17.54 MPa,煤柱两侧塑性区范围为2~3 m。根据煤柱稳定性分析,区段煤柱核区宽度12.228 m,区段煤柱核区率81.52%,宽度15 m的工作面区段煤柱可保持稳定。研究结果可为类似条件工作面过平行煤柱开采提供参考。

“预应力锚杆围岩”锚固体系承载效应及力学分析

针对巷道围岩变形和应力不协调的工程问题,采用理论分析和数值模拟的方法对“预应力锚杆围岩”锚固体系的应力分布规律和影响因素进行系统研究。研究认为:锚杆预应力可有效改善围岩应力环境,锚杆长度越长、间排距越小,对围岩的控制效果越好,在浅部围岩形成明显的压应力区,可有效控制巷道变形;锚固剂及锚杆构件直接影响锚固体系的应力分布,球形托板扩散预应力的效果要明显优于平板托板,锚固段尾部至锚固段端部区域内应力值变化规律呈现出指数曲线特征。研究成果可为锚杆支护设计提供理论依据。

基于光纤通信的无线物联网井下传感网络设计与优化研究

针对传统井下数据监测精度低、能耗大等问题,提出了一种基于新型光纤(FBG)封装的光纤传感物联网数据检测方法。设计了一种同时测试应变与温度的传感器模块,试制了新型FBG封装结构,搭建了符合巷道结构的光纤应力监测分布网络,通过基于互相关差分的计算对其进行优化,实现对振动与噪声的消除。测试结果显示,通过此种方法监测的数据结果与实际值相符,并且能够有效降低物联网数据监测过程中的能耗,在复杂的井下环境中适应性较强。

近距离煤层采空区下掘进探放水技术应用

在近距离煤层采空区下掘进时,由于层间距较小,导水裂缝带受采动影响将发育到上覆煤层采空区,采空区积水将成为直接充水水源,对掘进安全造成威胁,国能神东煤炭集团有限责任公司石圪台煤矿掘进22上102主运巷道掘进期间,通过运用钻探和物探技术,探明了采空区积水位置和积水范围,估算出了采空区积水量,并采用疏放水方式成功放出上覆采空区积水13.77万m^(3),极大地缓解了掘进压力,保证了安全掘进。

综采工作面过上覆近距离连续集中煤柱群技术研究

为解决综采工作面过上覆连续集中煤柱时易发生压架事故的问题,根据神东矿区浅埋煤层矿压显现规律,结合已知的理论分析和综采工作面采场条件,采取现场观测的方法,对榆家梁煤矿433042综采工作面过上覆连续集中煤柱矿压显现情况进行分析,揭示过连续集中煤柱时关键层破断机理,并提出相应的防治对策。结果表明:在工作面进入煤柱时和出煤柱时,上覆岩层会在上覆集中煤柱边界破断,对下层煤工作面顶板产生冲击作用,产生剧烈的矿压。因此,对上覆集中煤柱实施高压水预裂、工作面调斜、放大采高、提前进行预防性检修、矿压观测等措施,使综采工作面避开应力集中的影响、周期来压强度降低、动载矿压降低,从而达到避免发生压架事故的目的。

沿空留巷门式支架补强支护应用技术研究

以榆家梁煤矿52306工作面沿空留巷为背景,通过建立力学模型,分析了留巷顶板覆岩移动及围岩变形特征,得出柔模砼墙上方顶板移动特征直接决定了巷道围岩变形程度,且柔模砼墙侧的顶板受力和变形量较大。针对这一情况提出了利用门式支架对留巷顶板进行加强支护的措施,现场实践证明,利用门式支架支护顶板后巷道两帮移近量稳定在23.5 mm左右,顶底板移近量稳定在16.3 mm左右,留巷效果较好,能够保证沿空巷道围岩稳定性和矿井安全高效生产。

浅埋近距离煤层工作面过遗留煤柱压架机理及防治措施研究

以榆家梁矿井42307工作面发生的压架事故为工程背景,采用UDEC离散元数值模拟方法,探究了工作面“过煤柱前过煤柱时发生压架事故”全过程的煤岩层破坏与应力演化特征,揭示了工作面推进采出煤柱过程中煤岩体裂隙演化过程及失稳压架机理,并提出了工作面采出遗留煤柱防治顶板动压灾害的“定向长孔高压水力压裂+地面深孔爆破”技术措施。现场实施效果表明,顶板动压灾害防治技术措施使得工作面出煤柱前支架压力峰值减少34.5%,支柱最大下沉量减少83.3%,工作面巷道顶板下沉量减少75.0%,工作面出煤柱无明显来压,有效避免了工作面采出遗留煤柱时剧烈动压灾害事故的发生。

上覆遗留煤柱下开采矿压规律及控制技术研究

对榆家梁煤矿433042工作面过上覆煤层集中煤柱和房柱式煤柱时的矿压规律进行现场实测和数值模拟,并进行了分析研究。研究表明,工作面在上覆煤柱下经历了6次周期来压,平均来压步距16.8 m,最大压力48.8 MPa;在房采区下的5次周期来压平均步距14.4 m,与在采空区下来压步距类似。通过数值模拟可以看出,工作面从上覆采空区进入煤柱后,超前支承压力峰值位置从煤壁前方25 m转移到煤壁前方5 m;在距离第二条集中煤柱边界3 m时,超前支承压力峰值急剧增大,并持续到工作面出煤柱4 m。现场实践表明,在出集中煤柱时采取水力压裂、工作面调斜和加大采高的方法可有效避免大面积、高强度来压,从而保证矿井安全高效生产。

沿空留巷工作面弧形三角区悬顶水力压裂治理技术研究

针对榆家梁煤矿52号煤层52306沿空留巷综采面回风巷三角区顶板不能随周期来压冒落,形成悬顶,大面积的悬顶压力作用在超前支护段,出现超前支护段顶板下沉、沿空留巷混凝土墙体受挤压剪切变形的问题,提出顶板帮部支护方案,根据柔模混凝土墙体的承载力计算选定墙体厚度为1200 mm,在52306回风巷应用水力压裂技术,对端头悬顶坚硬顶板进行处理。现场应用试验后,巷道围岩变形减小,围岩压力稳定,不再出现强矿压显现问题。

连采机横移路径规划方法研究

连采机掘进作业包含切槽、移机和扫帮流程,其中移机过程中的“出帮”和“入帮”过程路径复杂,是连采机智能行走和智能作业研究中的难点。针对该问题,通过采用连采机导航定位设备获取连采机中轴点的坐标,推导出连采机左上截齿和右上截齿的坐标,随后以连采机左上截齿横坐标与左边帮横坐标一致、右上截齿横坐标与右边帮横坐标一致为前提,建立了“出帮”和“入帮”的轨迹模型,并重点针对“出帮”过程进行了仿真分析。结合仿真分析结果,进一步提出了将弧形轨迹拆分成分段的直线轨迹的优化方法。井下实验结果表明,提出的轨迹优化算法能够满足连采机横移的要求。