复合顶板条件下短壁开采冒顶压架事故分析及预防措施

针对短壁开采工艺与装备在复合顶板条件下适应性差、配套不合理的问题,在安家岭井工二矿边角煤顶板存在风氧化煤的条件下设计了24206短壁开采工作面,并针对实际回采过程中发生的冒顶压架事故,分析了其产生原因,提出了预防措施,有效的解决了复合顶板条件下边角煤的回采问题。

薄煤层综采回采巷道锚杆支护技术

通过对薄煤层工作面回采巷道围岩赋存特点及变形破坏规律的分析,提出了锚杆、钢带、金属网、锚索联合支护的技术方案,并利用FLAC数值计算软件模拟预测了锚杆支护下的巷道变形。现场实测表明,锚带网索联合支护方案最大限度地保持了巷道围岩的完整性,取得了很好的支护效果。

基于变权模糊理论的掘锚一体机组掘进适用性数学评价

掘锚一体机组具有掘锚钻同体、全宽截割、掘锚平行、锚运同步、多锚平衡等显著技术优势,具备远程操控和地面集中控制,满足日进百米要求,已成为“十四五”时期煤炭行业实现中高级智能化高效掘进、缓解采掘接续的关键装备群。然而,国内近5 a、数十个矿区的应用表明,掘锚一体机组对掘进煤层地质条件有一定的适用性要求,若条件不匹配,其掘进效率、经济性方面相比传统悬臂式掘进机的提升并不明显。因此,针对掘锚一体机组适用性程度的评估是亟需工作,提出了将层次分析、模糊数学以及变权理论等数学原理相结合的方法,基于数十个矿区的应用实践经验建立了掘锚一体机组地质适用性程度评价的数学评价指标框架体系,包括煤层地质赋存特征、掘进巷道特征、地质构造特征、安全影响要素等4个二级指标,并划分确定了21个三级子指标以及这些子指标所对应的特征取值条件,这些取值条件严格遵循并符合表征适用性程度的4种评语子集(“差、中等、较好、好”)要求,然后通过层次分析法得出了子指标的判断矩阵与常权权重,采用模糊数学隶属函数建立了子指标的模糊关系矩阵,引入对数函数与Hadamard矩阵原理实现了常权权重的变权(调低“好”因子权重、调高“差”因子权重,使其更符合实际),最后经过两级综合评判得出最终评价结果值并根据最大隶属原则即选择其最大值所属的评语子集,从而得出其适用性程度。至此,将创建完成的完整的变权模糊层次综合评价模型,引入已经应用掘锚一体机组的3个不同条件的矿井特征值参数(简称为HB矿、HL矿、XZ矿),进行评价模型的准确性验证。结果表明,本研究建立的变权模糊层次综合评价模型,在3个矿条件差异较大的情况下得出的评价结果能很好揭示出各个矿井的指标在不同评语集下的表现与隶属程度,与现场实践的效果吻合,综合评价模型中的权重赋值、矩阵构成、变权方法等计算模型的构建贴近现场实际,变权模糊层次综合评价模型量化表征了掘锚一体机组对某矿井煤层地质条件适用性程度,有助于矿井提前做出决策。

近距离煤层群沿空掘巷小煤柱留设研究

针对近距离煤层群沿空掘巷小煤柱留设问题,采用理论分析和数值模拟相结合的方法,研究了近距离煤层群沿空掘巷围岩变形、围岩应力分布规律及小煤柱稳定性与煤柱宽度之间的关系,研究结果表明,该工程地质条件下合理煤柱宽度为5~8m,研究对类似条件下沿空掘巷合理煤柱的留设具有一定的指导意义。

连续采煤机短壁机械化开采发展现状研究

针对连续采煤机短壁机械化开采技术发展现状,简述了连续采煤机短壁技术与装备的国内外发展历程,列举了4种短壁采煤方法,详细比较了优缺点、适用条件,并重点介绍了其中的旺格维利式全风压开采工艺,然后分析了国外装备制造商最新连续采煤机及配套装备在适应不同煤层条件、不同开采要求下的主要特征,研究了2007年以来国产连续采煤机成套装备的发展现状,成套装备在我国不同矿区、不同开采条件下的工作特征,及设备配套、关键工艺配套、进尺及产量情况、顶板控制等实际工程效果,基于这些现场实践,总结了短壁开采工效,短壁开采成本构成与预计方法。研究表明:我国已形成了成熟的装备制造、掘采工艺、工作面设计、岩层控制等连续采煤机短壁开采技术,且已成为长壁综采技术的重要补充,吨煤成本可达70~185元,为边角煤、不规则块段甚至"三下"压煤资源的安全、高效、绿色开采提供了保障。最后根据国内需求,分析了国产装备重点参数和短壁矿压研究等方面不足,展望了连续采煤机短壁开采发展。

高效短壁开采极不规则边角煤技术研究

基于"旺格维利"采煤法,提出了极不规则形状条件下的边角煤连续采煤机短壁机械化开采方法,优化并解决主运输、电缆收放、采硐通风以及行走支架等工艺技术在现场应用中存在的问题,研究结果表明:采用刮板输送机作为连运系统长距离运输(>120m)辅助设备、将胶带刚性架移动方式变滑动为滚动等方法优化主运输工艺后,单月掘进进尺由192m提高至363.5m;选择合理支护阻力的行走支架,采用贴顶带压移动方式,对破碎顶板进行有效不间断临时支护,实现安全作业;将人工收放电缆改为单轨吊式,降低了电缆故障率,提高了生产效率;采用连续采煤机自带集尘风箱产生负压作用,形成采硐风流,可以大大改善采硐内通风环境。

短壁开采缓斜边角煤关键工艺及矿压控制研究

为了解决连续采煤机在缓倾斜边角煤开采时遇到的倾角大、设备使用困难、采硐遗煤多、矿压控制难等问题,提出了小于10°调伪斜、连运系统加长、采硐"两坡三进刀"等关键工艺,同时采用松动圈测试、应力应变监测与行走支架等综合手段联合监测工作面顶板变形垮落。结果表明:通过设备、工艺及工序的优化,有效解决了工作面倾角大的问题,将三角煤损降至最低;巷道变形为1.1~1.3m的中松动圈,将锚杆长度优化至2.4m,围岩稳定性增加;采硐间"煤柱-隔离煤柱-基本顶"是相互作用共同体,隔离煤柱的支撑、承载力骤降直至破坏的过程使顶板形成了1.5~2个开采区段的周期性来压特征;采用行走支架贴顶支护压力即时监测法,可有效保证支巷采硐三角区顶板的稳定。

旺格维利式开采采硐间煤柱合理宽度留设研究

为解决条带式旺格维利式开采(简称“旺采”)特有采硐间煤柱在回采过程中影响顶板稳定性,制约连采设备高效回采、安全退出,降低煤炭资源采出率的难题,以盛平煤矿为研究对象,采用FLAC^(3D)数值模拟研究方法,分析了1.00、1.25、1.50、1.75 m不同采硐间煤柱宽度方案下的煤柱受力情况、煤柱塑性区分布、直接顶塑性区受力、基本顶塑性区受力、巷道顶板下沉量、支架受力状态,得出了条带式“旺采”采硐间煤柱影响回采的有关规律。研究结果表明:采硐间煤柱在常规尺寸范围内,无法通过增加煤柱宽度来阻止其全部进入塑性区;随着采硐间煤柱宽度增大,承载能力增加,更好地保证采硐间煤柱后侧采硐的安全回采且巷道超前段采空区侧煤体塑性区减小;随着采硐间煤柱宽度增加,巷道顶板下沉量逐渐减小,但宽度在1.25~1.75 m的控制效果不会再显著增强,无法通过增加煤柱宽度改变直接顶的总体运移规律;随着采硐间煤柱宽度的增加,基本顶发生破坏的面积会大幅减小,基本顶底部塑性区变化规律未见显著差异,仅区域大小有所不同,表明较宽的采硐间煤柱有着更高的承载能力,但难以改变采场“大结构”的演化规律。采硐间煤柱宽度增大,行走液压支架立柱工作阻力近似线性减小,且对相邻支巷采硐间四边形不规则煤柱的应力峰值没有影响。

国产梭车在大断面长运距煤巷掘进中的应用

针对国产SC系列梭车的技术特点,以王家岭煤矿为工程背景,提出了在大断面巷道长运距(300m)条件下双巷平行作业的三种不同梭车搭配工艺,并分析了不同方案的优缺点,根据工程实践提出了进尺预估相关时间因素及公式T_(循环)=max(T_(割煤),T_(支护))+T_(调机)+T_(辅助),分析了梭车掘进过程中运行时间实际值并分析出原因,介绍了卷缆装置的适应性改造。现场实践证明,进尺预估公式参数可靠,电缆导向轮组的改造降低了电缆故障,提高了梭车开机时间,提升了国产梭车稳定性,进而提高了整体运行效率,实践成果为相似条件矿区引进梭车具有重要的借鉴和指导意义。

断层附近短壁开采行走支架压架事故处理研究

针对断层附近破碎顶板条件下履带式行走支架在边角煤短壁开采中的压架问题,介绍了断层影响下顶板冒落导致行走支架被压的全过程,按照"应急快处—原因分析—事故处理"的程序,迅速采取了有效的应急快处措施,分析了直接和间接原因,提出了顶板、松散矸石堆注浆加固方法,分析了回柱绞车的最大牵引力和选型,并通过回柱绞车和行走支架协同牵引作用,将支架成功拉出。实践证明,注浆加固和回柱绞车的合理应用,是不稳定顶板条件下短时间内处理行走支架压架的有效方法。

双巷掘进巷间宽煤柱充填开采工艺的研究

针对双巷掘进巷间宽煤柱大量丢失,提出一种煤柱开采工艺。为了充分使用原有掘进系统,利用双巷掘进中掘快支慢的特点,在锚杆钻车锚护的时间内,连续采煤机退后1个联络巷对保护煤柱沿掘进方向向前截割,形成长硐室,长硐室需另配支护装备,待硐室贯通后,安装临时钢模板并封口,延伸充填管路,进行采后充填,实现巷间保护煤柱煤炭置换。利用此工艺,不仅利用掘进系统对煤柱进行了回收,系统简单,增加少量的成本,而且能够保证采后的煤柱的安全性,实现在采面回收时煤柱的稳定性,为煤炭回收提供安全保证。

煤层群二次上行开采对上位煤层影响研究

王庄煤矿拟开采的2#煤先后两次受到其下部7#、9#煤开采的影响,需要对上行开采可行性进行研究。基于相关岩层控制理论,采用数值模拟方法,研究下部煤层二次采动影响下,上覆岩层尤其是关键层岩层与2#煤层的移动规律与破坏特征。分析论证2#煤上行开采的可行性。数值模拟研究认为,在经历下部两次采动影响后,2#煤仍处于弹性变形阶段,可以采用上行开采,并在现场实践中取得了较好的效果。

基于变权模糊理论的残煤连采可行性评价研究

为解决目前采用连续采煤机开采残采煤区时只能定性确定可行性的问题,基于国内短壁连采现有工艺和装备,充分考虑残采煤区所处的开采和地质条件,探索和分析了残采煤区连采的可行性数学评价方法和准则。根据模糊数学提出了层次分析法、变权理论的综合评价方法,从地质构造条件、煤层赋存、开采安全要素、块段不规则要素等4个方面内容进行系统分析,构建了以残采煤区和连采技术特点为基础的可行性评价指标体系(19个因素),并参照国内煤炭行业规范标准或者专家打分法对各个因素进行量化处理,得到了不同指标的合理取值范围,建立了指标评判矩阵并确定指标初始权重。根据实际情况调整初始权重,调高“差”因子权重,同时调低“好”因子权重,使之更符合实际,最终考虑最大评判指标的贡献,采用最大隶属度作为评定准则,确定残采煤区连采可行性。通过盛平煤矿、张家峁煤矿、南关煤矿3个案例评价验证了评价方法合理性和准确性。研究表明:此方法基于煤矿现场提出残采煤区可行性影响因素,赋予指标的权重合理、计算方法得当,是一种有效的定量判定残采煤区是否适用连采技术的数学评价方法,为小矿井先期决策引进连采技术具有重要的参考意义。

履带行走支架在残煤短壁开采设计中的应用

针对目前国产履带行走支架在旺格维利式短壁采煤法中的作用开展研究,论述了从进口引进直至国产化的历程以及使用效果,分析了在不同短壁采煤法的配置与必要性,介绍了支护阻力计算公式,通过数值模拟研究了行走支架在开采期间同一支巷的不同位置、不同刀间煤柱宽度下的支护阻力、各个单立柱压力分布及变化规律,得出采空区侧和实体煤侧对立柱压力的影响情况,据此得出支护阻力主要影响因素与关系,并在现场实践中对立柱压力进行监测分析,验证了理论分析的正确性。结果表明,行走支架额定工作阻力能够满足使用要求,切顶线后支巷顶板不垮落是短壁安全开采的重要保障,且各个立柱压力同采空区范围、刀间煤柱宽度呈正相关关系,采空区侧要明显大于实体煤侧。

风氧化煤顶板下行走支架安全回撤应用技术研究

文章以现场资料和案例分析为基础,叙述了风氧化煤不稳定顶板条件下,履带行走式液压支架(行走支架)在连续采煤机回采工艺下安全回撤关键因素。通过研究讨论巷道顶板冒落事故的原因,有针对性地提出了一些预防性措施,在后续开采应用中取得了很好的实践效果。

我国煤巷掘锚一体机掘进技术及智能化思考

巷道掘进,是煤矿地下开采的先行工程。掘进回采巷道,不仅为长壁综采提供了通风、煤炭运输、辅助运输、装备动力、矿压监测、灾害防治等场所,更是长壁综采的重要地质保障。随着我国开采逐步向深部水平延伸,掘进工作面已经成为地下开采工程中劳动密集程度最大、劳动强度最大、危险性最大的场所。

连续采煤机开采优质稀缺残煤技术研究与应用

边角残煤一直是影响我国矿井资源采出率的关键因素,尤其是一些资源整合兼并矿井,普遍存在能整装布置的综采工作面少,而三角块段、不规则块段、残留煤柱等边角残煤资源量大难以回收的问题,特别是边角残煤若属于特殊和稀缺煤种等优质资源,其解放开采意义重大。以盛平煤矿为例,针对其作为资源整合小矿井拥有优质稀缺资源却由于边角残煤太多难以开采的现状和难题,提出在条件适合的边角块段采用连续采煤机开采,将传统的旺格维利采煤法改进后形成全风压通风的开采系统,详细介绍了不规则块段短壁巷道布置设计、采掘工艺设计以及岩层控制矿压监测,采用数值模拟分析了采场不同宽度采硐间煤柱、隔离保护煤柱在开采时的应力场、塑性区分布以及变化规律,选取出采硐间煤柱宽度1.25 m、隔离保护煤柱8.0 m的较优方案并应用于现场实践,最后通过矿压实测,验证了模拟分析的正确性,得出了工作面岩层垮落与煤柱变形的初步相互关系。研究表明,提出的“连续采煤机+梭车+连运一号车+履带行走支架”的设备配置,较好解决了矿井浅埋深、近水平、低瓦斯、顶板中等稳定等煤层地质条件下的边角块段开采难题,采硐间煤柱宽度在1.25 m时既可以在开采期间支撑顶板又不影响采后直接顶的及时垮落,8 m隔离保护煤柱破坏极限发生的时间控制在间隔一个采空区后的回采区回采时,回采区受采空区顶板垮落影响较小,连续采煤机有效解决了盛平煤矿优质残煤资源的开采,示范效应明显。

国产化连续采煤机在国内的应用发展现状

为了解决国内非神东矿区国产连续采煤机在煤巷快速掘进以及边角块段安全、经济、高效应用和推广问题,摆脱"神东模式"给连续采煤机发展带来的掣肘,介绍了近5年来国产化连续采煤机成套装备各个系列研制、制造现状,总结了我国大胆将自主创新装备应用在非神东矿区下取得的先进技术经验,特别是在不断应用过程中不同地质条件下有着不同的关键工艺,并由此拓宽了连续采煤机的应用范围。最后提出了国产化装备在细分市场、装备稳定性、采煤方法及矿压控制等方面仍存在着巨大的发展潜力,需进一步创新突破。

固体钾盐地下开采工艺与设备配套技术研究

为了研究连续采煤机开采工艺与设备在固体钾盐矿床地下开采中的应用情况,根据老挝龙湖钾镁盐矿区矿层地质条件,分析了首采区2盘区1区段的开采工艺、设备配套方式、设备适用性等。研究结果表明连续采煤机—梭车(间断式运输工艺系统)对地质条件有着较强的适应性,可通过改变连续采煤机截割方式和减小切入矿体的深度来提高连续采煤机截割矿体的效率。该开采方法的成功应用,不仅改变了传统开采方式,而且提高了机械化水平和资源回收率。研究结果为扩大连续采煤机的应用范围奠定了基础,也为类似条件下固体钾盐资源的开采提供了崭新的模式。

连续采煤机掘采工作面设备选型决策系统研究及应用

为了能快速、准确地依据不同煤层地质条件选择适宜的连采设备,根据现场经验和统计数据总结出连采设备选型配套依据,使连采设备选型标准更加定量化,并借助Lab VIEW编程工具实现程序化设计,通过调用程序,从设备数据库中选择出适应工作面条件的设备。