综放回采工艺参数实测及采放工艺优化研究

以某煤矿101综放工作面为例,通过对综放工作面的基本情况分析,认为其存在顶煤放落困难、放出率低的问题。针对上述出现的情况,通过现场实测、统计分析、数值模拟等一系列研究手段,从优化回采工艺参数入手,对101综放工作面的回采率和回采效果进行了探讨,研究结果与方法可对该矿提升工作面的回采率以及下一步矿井安全高效开采提供依据。

特厚煤层综放面回风顺槽围岩稳定性研究

中煤塔山煤矿30503工作面开采特厚煤层,本文采用有限元FLAC^(3D)数值模拟软件,针对30503工作面新1巷、新2巷回风顺槽的稳定性进行了模拟计算,分析对比了新1巷充填与否情况下新2巷围岩塑性区演化及变形特征,确定合理的围岩稳定性控制方法。结果表明:不充填时新1巷围岩应力集中特征明显,围岩处于屈服破坏状态,难以保证煤矿正常开采;当填充新1巷、使用新2巷做回风顺槽时,新2巷围岩屈服破坏区域较小,围岩变形量少,满足使用要求,因此充填新1巷,新掘新2巷是确保30503工作面安全回采的最佳选择。

弱固结地层特厚煤层综放开采覆岩破坏及水害防控研究

为解决多重含水层下弱固结特厚煤层水害防治问题,本文采用类比分析法、数值模拟法和相似模拟法,研究了灵东煤矿采空区下Ⅱ3特厚煤层顶分层开采的覆岩破坏特征,分析了导水裂缝带发育特征,提出了“物探+钻探”的方式提前疏放导水裂缝带内含水层的控水采煤方法。研究结果表明,位于Ⅱ3特厚煤层上覆的Ⅱ2特厚煤层回采时,覆岩破坏呈现“阶梯式”垮塌特征,Ⅱ3特厚煤层顶分层回采时,在工作面初次来压后,覆岩呈现出与Ⅱ2-1煤层层间岩层同步协调弯曲下沉的现象;预计导水裂缝带未波及Ⅱ2-1煤层采空区,采用“音频电透视+瞬变电磁”探测得出一含、二含(1)的采空区的富水异常区,重点针对富水异常区进行钻孔探测,兼顾非富水异常区,最终实现了首采工作面的安全回采。

特厚煤层智能化综放开采理论与关键技术架构

综放开采方法是我国特厚煤层矿区实现高产高效的主要技术途径,智能化综放开采是未来综放开采技术发展的重要方向。在分析千万吨级特厚煤层智能化综放开采技术和问题的基础上,围绕安全、高效、智能这一主题,综合考虑特厚煤层顶煤体和上覆岩层的相互作用,以掌握特厚顶煤冒放理论,实现综放工作面放煤智能化,降低含矸率、提高顶煤采出率为主导,提出要解决的关键科学问题和技术构想。针对综放开采存在的煤矸智能识别、智能放煤控制、"采-支-放-运"系统智能协调等主要难题,凝练出特厚煤层智能综放开采大尺度顶煤体破碎与冒放机理,特厚煤层智能化采放协调控制机理与方法,特厚煤层智能综放开采群组放煤过程控制原理三大科学问题。攻克特厚煤层群组协同智能放煤工艺决策技术,特厚煤层顶煤厚度与放煤量实时监测技术,冲击振动和高光谱融合的煤矸识别技术,多模式融合的智能化放煤装备及控制技术,综放工作面"采-支-放-运"系统智能协调控制技术五项关键技术。突破特厚煤层智能化综放开采技术与装备瓶颈,研发煤矸识别装置、开发智能放煤控制系统及软件,解决采放协调、煤矸识别、群组放煤等难题,创建年产1 500万t智能化综放开采示范工程。最终实现特厚煤层智能化综放开采,为我国特厚煤层的安全、高效开发提供可靠的技术支撑。

特厚煤层综放开采采空区侧向矿压特征及应用

以水帘洞煤矿3801特厚硬煤层综放工作面开采为工程背景,对采空区侧矿压显现进行了两次在线实时观测,结果如下:①得到了采空区巷道覆岩移动、支护体受力、侧向支承压力显现特征,揭示了工作面上端头采空区侧周期来压等于走向周期来压步距,建立了采空区侧向上位直接顶"岩-矸"结构(位于煤层上方16～24 m)、基本顶"岩-梁"结构的覆岩结构模型;②建立采空区巷道隔离墙受力模型,结合实验得到的矸石充填体"应力-应变"关系,计算得出采空区巷道隔离墙承载性能适应覆岩运动;③根据工作面上端头采空区侧周期来压超前于支护受力、侧向支承压力显现的时序关系,确定了覆岩运动对压力显现的主导作用。应用研究结果,优化3802运输巷与3801综放工作面煤柱宽度为8 m,较以往煤柱宽度减少22 m,已施工完毕的3802运输巷达到了预期效果,技术经济效益显著。

浅埋深厚煤层综放开采顶板断裂力学模型

根据浅埋深特厚煤层综放开采采高大,采空区垮落矸石不充分,不能有效支撑老顶岩梁,造成老顶架后切落的特点,建立了老顶断裂力学模型,利用断裂力学理论推导了老顶的断裂步距和支架的合理工作阻力.结果表明,老顶的断裂步距不仅与老顶的岩性特征和上覆岩层的荷载有关,而且与支架的工作阻力和水平挤压力有关.对平朔安家岭地下矿综放开采支架合理工作阻力进行分析,理论结果和实测结果比较一致.

特厚坚硬煤层分层综放开采关键技术研究

通过对特厚坚硬煤层综放开采技术的系统分析，指出提高坚硬顶煤的冒放性和瓦斯的综合治理是该条件下综放开采所面临的主要技术难题。在对特厚坚硬顶煤结构及破碎特点分析的基础上，提出了提高坚硬顶煤冒放性的主要技术途径和措施，在宁夏太西集团白芨沟矿煤层特厚、坚硬、顶板坚硬、高瓦斯和浅埋深条件下，成功地进行了分层综放开采的实践，达到了工作面年产 １５０Ｘ １０４ｔ的生产水平。在该条件下实现了综放开采技术的突破，取得了预期的效果。

富水覆岩特厚煤层综放开采相似材料模拟研究

为研究综放工作面在不同采高情况下富水覆岩破坏特征,以胡家河矿首采401101工作面为工程背景,采用物理相似模拟实验的方法,通过三次不同采高(10m、8m、6m)的实验,研究当工作面推进到180m时上覆岩层在不同采高下的破坏状况,导水裂隙带高度能否到达含水层。在此基础上,分析了采动岩体的周期破断和裂隙发展过程,以及支承压力分布的变化。结论可以为胡家河矿首采面提供可靠的采高参照,以避免发生大范围的顶板透水灾害。

综放全厚开采20m特厚中硬煤层数值模拟研究

针对酸刺沟煤矿6-1号煤层的具体条件,基于矿山压力对顶煤的压裂作用,运用数值模拟方法系统研究了综放全厚开采20 m特厚中硬煤层的合理工作面长度和工艺参数。主要结论有:工作面前支承压力峰值随工作面推进距离增大而变化;工作面前支承压力峰值随工作面长度的增加而增大;顶煤破坏系数随工作面推进距离和工作面长度的增加而变化。考虑矿山压力对顶煤的压裂作用,20m特厚中硬煤层综放工作面的长度应大于300 m;建议综放全厚开采20 m特厚中硬煤层的底层工作面应采用4.5 m的大采高;支架合力作用点位置和支架阻力对顶煤压裂和支护系统的稳定性起着十分重要的作用;给出了合理的开采工艺参数及其匹配。

急倾斜特厚煤层水平分段开采老顶断裂力学模型

通过对急倾斜特厚煤层水平分段开采老顶破坏特点的分析,建立了老顶沿倾斜方向悬臂梁断裂的力学模型,推导得出老顶岩层悬臂梁能量表达式,提出了爆破断顶矿压防治技术,并在甘肃华亭煤矿试验成功.

预裂松动爆破技术在特厚煤层综放工作面的应用研究

介绍了顶煤预裂松动爆破的基本原理,利用爆轰应力波叠加和炮孔静压的综合作用破岩,计算出了硫磺沟矿W(9-15)101工作面预裂松动爆破参数的理论值,经修正得到符合实际的爆破参数,有效地提高了顶煤采出率。

辽宁三台子水库下特厚煤层综放开采覆岩破坏特征

为确保水库下特厚煤层综放开采安全,合理留设防水安全煤岩柱,大平煤矿采用钻孔冲洗液耗失量法对覆岩破坏进行了观测研究。经对7个工作面测站12个覆岩破坏观测钻孔实测资料分析研究得出:煤层采出厚度7.54～15.17m,工作面推过36～40d,滞后工作面距离110～120m时覆岩破坏发育最充分。实测导水裂缝带高度为采高的15.31～19.97倍,明显大于类似软弱覆岩地层条件普通长壁全陷法开采覆岩破坏导水裂缝带发育高度。导水裂缝带上方,明显有集中发育的离层破碎带存在,实测离层破碎带高度为181.58～390.75m,是采高的24.22～36.00倍。

工艺参数对顶煤冒放性影响的数值分析与硬顶煤的预处理

运用相似材料模型试验,得出了顶煤冒放的桥拱式、半拱式和柱式等3种结构。在煤层条件对顶煤冒放性影响研究的基础上,用有限元正交数值试验,进一步研究了开采工艺参数对顶煤冒放性的影响规律。介绍分析了硬顶煤的预注水软化和预爆破弱化处理方法及应用效果。

特厚煤层沿空掘巷围岩控制技术研究

为了控制沿空巷道围岩变形,保证巷道稳定安全,以塔山煤矿8204工作面5204巷为工程背景进行特厚煤层小煤柱沿空掘巷试验性研究。巷道掘进期间采用锚杆、锚索、金属网、W钢带、锚索组合钢梁联合支护。由于工作面回采影响巷道围岩稳定,又在超前支承应力集中区域、采煤帮侧和小煤柱侧进行加强支护。现场巷道变形观测发现,5204巷采用的支护方式是科学合理的、安全可靠的,8204工作面现已回采完毕,围岩控制效果良好。

大采高综放开采煤岩损伤统计力学模型

根据特厚煤层大采高综放开采煤壁前方支承压力的分布特征,从煤岩内部缺陷的随机性分布特征出发,基于反映煤岩内部缺陷的微元强度服从韦布分布的概念,建立了支承压力作用下煤岩的损伤统计力学模型,确定了特厚煤层大采高综放面在煤壁片帮不影响生产的情况下的合理采高,并分析了特厚煤层大采高综放面合理采高与煤壁片帮程度、煤层内摩擦角、煤层内聚力和顶煤变形的关系。最后,通过工程实例分析,验证了该模型的合理性。

龙王沟煤矿特厚煤层上行开采可行性分析

根据煤层的赋存条件,分析了特厚煤层上行开采的必要性,并采用理论分析、UDEC数值模拟对特厚煤层上行开采的可行性进行分析论证。分析结果表明:由于上部可采煤层赋存条件差,该矿井采用上行开采非常必要。理论计算结果表明,6号煤层采用一次采全厚整层开采会对上部煤层造成破坏,可采用预采顶分层(采高6m)上行开采方法。

基于电磁辐射监测特厚煤层综放开采过程中煤岩动力灾害预测

目前缺乏针对特厚煤层工作面开采的电磁辐射特征研究。本文利用电磁辐射技术对彬县水帘洞煤矿特厚煤层综掘面和综放面动力灾害倾向进行了监测,得到特厚煤层电磁辐射强度和脉冲数特征。监测结果表明:(1)掘进工作面正常掘进时,强度和脉冲数都较小,强度在15mv以下,脉冲数基本为0;掘进至背斜构造时,强度增大、波动性较大,有弱动力灾害倾向;(2)综放面强度和脉冲数均较大,正常回采时强度在100mv以下,脉冲数在(6-10)×104范围内波动;周期来压时强度最大、脉冲数最小,强度最大到190mv,脉冲数最小值仅418次,有弱动力灾害倾向,现场采取的顶煤预裂有助于消除煤岩动力灾害发生可能性。电磁辐射变化特征对预测特厚煤层采掘过程中煤岩动力灾害倾向有参考价值。

特厚煤层综放采空区上行开采技术研究

为缓解矿井采掘接替紧张局面,针对百贯沟煤矿煤5特厚煤层采空区的赋存条件,采用理论分析、数值模拟、工程类比设计的方法对放顶煤开采覆岩的受力-变形-破坏进行研究,确定了煤5工作面开采之后煤3层产生一定程度的整体下沉,煤5层的区段煤柱存在1个约12 m宽度的弹性核区,其产生的应力集中区范围影响煤3层产生一定长度的凸起赋存状态;设计了煤3层3个工作面,回采巷道采用半煤岩矩形布置;制定了在距离煤层起伏段20处时以5°起坡角向上割煤直至与起坡段煤层贯通的回采方式,保证了综采工作面的连续作业,实现了矿井的可持续发展。

伊犁一矿“三软”浅埋特厚煤层智能化开采技术实践

伊犁一矿1503E工作面走向长度3 880 m,倾向长度302 m,平均埋深213.25 m;回采的5#煤层倾角9°~10°,平均煤厚19.8 m,煤层及顶底板属软质煤岩类。该工作面在智能化建设过程中,采用跟机移架、自动截割、“两采一放”等手段实现了自动截割率、自动跟机移架率90%以上。伊犁一矿智能化开采技术的实践经验对类似地质条件矿井建设智能化综放工作面具有一定的借鉴意义。

基于拉格朗日算法的综放采场矿压显现规律研究

着重分析了时间、工作面推进距离及上覆岩层压力对采空区冒落矸石物理力学特性的影响,运用数值模拟方法,系统研究了工作面长度对综放采场矿压显现和顶煤破碎的影响规律,为综放开采技术方案的确定提供了理论依据。