厚硬覆岩工作面初次放顶矿山压力实测研究

通过分析济宁三号煤矿123_(下)01(南)综放工作面地质条件、直接顶的初垮、基本顶的初垮、微震监测等内容,揭示了影响该工作面出现强矿压显现的主要因素为推进速度、上覆厚硬顶板、开采深度、断层等。该工作面初次放顶期间矿压显现特征:直接顶初次垮落步距21.75 m;基本顶初次来压平均步距51 m;动载系数1.41;初次放顶期间矿压显现程度剧烈,基本顶分层分段来压明显,持续时间7个小班;该工作面本次基本顶初次来压整体呈现“中间小两头大”的运动特征。研究所得结论为厚硬覆岩工作面初次放顶强矿压显现准确解释提供了依据。

建筑物下压煤充填开采方案优选评价研究

传统的建下压煤开采方案主要靠工程类比方式确定,方案的选择缺乏科学合理性,为实现建筑物下压煤充填开采方案便捷优选的目的,基于多属性决策相关理论,围绕适用于建下压煤充填开采的评价指标体系及评价模型展开研究。考虑经济性、技术性、安全性三方面构建多属性评价指标体系;从指标权重、靶心距角度对传统灰靶决策模型进行改进,建立了博弈论组合赋权改进灰靶决策模型。以唐口煤矿五采区建下压煤开采为例进行模型评价检验,评价结果显示该模型优选方案与该矿实际采用方案一致,应用该方案产生经济效益18953.16万元,地表建筑物损坏等级控制在I级损害范围内,开采经济性和安全性最优,表明该文所构建的评价指标体系及评价模型能够合理有效地进行建下压煤充填开采方案优选。

不同填充裂纹位置与尺寸下的类岩石试样破坏研究

为了研究不同填充裂纹位置和尺寸对类岩石试样力学性能和破坏特征的影响,制备裂纹宽度分别为20 mm、40 mm和60 mm,开度分别为2 mm、4 mm和6 mm且分别分布于试样中部和边部的类岩石试样,分析试样的单轴压缩强度和裂纹扩展状态。结果表明:随着裂纹宽度和开度的增加,试样的有效承载能力逐渐降低,单轴压缩强度逐渐下降;中部裂纹两端萌生的翼型裂纹是试样失效的主要裂纹,边部填充裂纹能够有效抑制翼型裂纹的萌生,使得边部填充裂纹试样单轴压缩强度高于中部填充裂纹试样。该研究可以为巷道支护结构的安全性能评估和使用寿命预测提供试验依据。

三维地震动态解释在淮北构造复杂煤矿生产中的应用

三维地震勘探技术在煤矿安全高效矿井地质保障系统中发挥着重要的作用,淮北矿区构造复杂,断层密度大,断层已成为严重制约淮北矿区采区接替和增储保供的主要因素。本文将三维地震动态解释应用于淮北构造复杂煤矿的生产中,在煤矿工作面设计、巷道掘进和工作面贯通等多个生产阶段开展地震动态解释,针对大巷掘进过程中地质保障的实际需求开展了地震动态解释工作。应用实践表明,煤矿工作面生产过程中的地震动态解释工作将分析对象限定为一个工作面、一条巷道甚至一条断层,研究对象更聚焦,更精准,且时效性强,能够为煤矿工作面生产过程提供较为准确的指导,助力煤矿安全高效开采。

安顺煤矿煤岩电磁辐射测试技术研究

随安顺煤矿开采深度的加深,工作面回采时异常动力灾害发生的危险性显著提高。为防范灾害事故,可基于煤岩受载破坏过程电磁辐射强度与煤岩破坏的相关性,采用电磁辐射仪测试煤岩体的损伤破坏状态,对煤岩体动力灾害事故危险性进行预测,通过设置三采区轨道下山、四采区轨道风门0~300 m处为对照组,对四采区轨道、回风、胶带三条下山掘进巷道进行煤岩电磁辐射测试,并对其监测数据进行规律分析。研究结果表明:掘进作业严重影响巷道内应力分布与煤岩破坏状态,靠近掘进点的部位所受应力扰动更为明显,掘进较深、支护稳定的巷道所受影响较小;巷道危险区的煤岩电磁辐射强度相对较高;存在断层时,断层周围电磁辐射信号较强;掘进煤巷的应力受扰动情况比岩巷更加稳定,且所受应力普遍较小。

多层叠置含煤系统煤层瓦斯赋存规律及影响因素分析

基于煤层瓦斯地质理论,通过大量的煤田勘探采样数据分析,研究总结陈家沟煤矿瓦斯赋存规律及其影响因素。矿区煤层瓦斯赋存主要受地质、构造、煤岩特征、顶底板岩性、埋藏深度等的影响。陈家沟煤矿属高瓦斯矿井,瓦斯分带以CH4带为主;瓦斯含量随着煤层的埋藏深度增加而有增大趋势,埋深达到700 m左右时,瓦斯含量达到最高;区内可分为三个独立含气系统,分别为C1~C12、C14~C26、C31~C69含气系统。经过研究分析,今后在矿井开发中应考虑相应合层排采独立开发。

煤柱群回采沿空掘巷护巷煤柱尺寸研究

以赵庄煤矿五盘区煤柱回收工作面为研究背景,通过理论计算得到了沿空掘巷煤柱的留设尺寸应不小于4.1 m,并采用数值模拟对掘巷及回采期间不同宽度煤柱的围岩应力及塑性区进行了分析,数值模拟方案设计了4 m、5 m、6 m、17 m、18 m、19 m、20 m及25 m共8种煤柱尺寸留设方案,最终确定了煤柱的最优合理尺寸为19 m。现场矿压监测结果表明,留设宽度为19 m的护巷煤柱且进行合理支护后,沿空巷道围岩稳定性得以提高,可以满足工作面安全生产要求,实现五盘区残余煤柱的安全高效回收。

单轨吊集散式运行、立体化换装模式的探析

协庄煤矿-550 m水平3-3采区和4-2采区共布置三个掘进工作面和一个回采工作面,辅助运输方式为大巷轨道机车加采区单轨吊机车运输,采区之间通过地轨相连,且单轨吊线路未实现网络化运输;单轨吊机车和地轨运输之间,需多次转载、换装后方可将物料运送到采掘工作面,运行效率较低,地轨机车和单轨吊机车交叉运行,占用的辅助运输人员较多,存在诸多安全隐患。为提高辅助运输效率,协庄煤矿通过敷设单轨吊重轨代替地轨运输,将采区之间的单轨吊线路进行了联网,实施“大功率单轨吊+小功率单轨吊”集散式运行、立体化换装模式,实现大巷至采区单轨吊机车之间的快速接驳和连续运输,减少了辅助运输环节和人员占用,提高了运输效率,解决了掘进工作面最后100 m的机械运料难题。

回采巷道锚杆索支护优化设计与应用

针对山西长平煤矿2302工作面掘巷完成后,回采时采动压力剧增,巷道锚杆支护不能满足安全开采要求的问题,从岩体内部构造与岩层压力传递角度分析了巷道变形失稳机理,以巷道顶板和帮部变形失稳特点剖析了巷道变形破坏特征,通过锚杆锚索的岩体改性性质阐明了锚杆锚索作用机理。结合实际地质情况,对2302工作面回采巷道锚网索支护进行优化设计,通过FLAC^(3D)数值模拟软件计算对比分析了巷道支护方案优化前后的顶板垂直位移与岩体塑性破坏区范围,确定了支护方案优化后的支护效果更佳。现场工业性试验与巷道实时垂直位移监测得出优化后的支护方案巷道垂直方向变形量最大82 mm,最小49 mm,巷道支护方案优化效果良好,具有很好的可行性。

近距煤层合层综放工作面矿压显现规律研究

针对近距煤层合层综放开采覆岩移动破坏与矿压显现规律等问题,以涡北煤矿842首采综放工作面为工程背景,采用相似模拟试验和数值分析手段对工作面开采过程进行研究。结果表明:相似模拟试验下覆岩冒落带高度为38 m,开切眼附近裂隙带的高度为103.8 m,停采线附近裂隙带的高度为95.4 m,基本顶初次来压步距为28 m,周期来压步距为17.5 m。由数值分析得到采场围岩位移场与应力场的变化颇为相似,分析采场前方支承压力分布特征与相似模拟试验的结果相吻合。研究结果可为近距煤层合层综放工作面煤柱宽度、工作面支护参数设计提供技术指导。

矿井安全监测预警系统异常数据分析和图表识别

矿井安全风险监测预警数据中一直存在大量缺失、干扰、错误、隐瞒等数据异常现象,不利于安全管理和救援。该文针对目前在煤矿安全管理中应用最广泛的两个主要专业子系统——安全监控系统、人员位置监测系统,分别统计整理远程在线数据和煤矿企业安全信息,从两个角度总结并相互验证了异常数据的各种类型和数量占比,发现和两个专业系统有关的违规行为或安全隐患中大约70%可以追溯到人为因素,探讨了这些因素的产生原因和应对措施。针对高频率发生的异常数据类型,阐述有助于提高数据分析效率、快速判定或排除违规行为的图表分析方法,尝试系统化、理论化归纳整理矿井安全感知数据预警分析技术,提出减少异常数据、提高监测预警系统应用效果的措施。

复采工作面端头及超前区域支架适用性研究

针对3115复采工作面端头位置及超前支护区域内顶板受开采动压影响严重的问题,通过对端头支架形式选择和超前支架形式选择进行适用性分析的方法来对顶板控制效果进行研究,提出了为保证端头位置及超前支护区域内顶板安全,必须对其进行加强支护。结果表明,采用端头及超前支架代替单体液压支柱支护顶板,能够大大提高端头及超前支护强度,提高顶板支护安全可靠性;复采工作面顶板较为破碎,煤体承载强度低,对其顺槽采用钢棚支护的形式能够减小巷道断面,使得巷道顶板悬露面积较小而增加稳定性;通过对支架进行了初步选型确定了适用于3115复采工作面端头位置及超前支护区域内顶板的端头及超前支架形式。

综放孤岛工作面过空巷安全技术研究

针对岳城矿大巷煤柱回收工作面在回采过程中面临过空巷的技术难题,空巷内会出现顶板压力大、冒顶严重等问题,影响工作面的正常回采,以岳城煤矿大巷煤柱回收工作面为研究背景,通过理论计算得到了空巷支护强度应大于6.03 MPa,并采用数值模拟对不同支护强度下巷道的顶板应力及位移进行了分析,确定了当顶板支护强度达到7 MPa及以上时,空巷顶板下沉量可以控制在合理的范围内。空巷支护采用木垛支护,采用数值模拟对不同支护排距下空巷的顶板应力及位移进行了分析,确定选取0.7 m排距、1.5 m×3 m×3 m的联锁木垛可以满足综放工作面过空巷段的支护要求。现场矿压监测结果表明,当空巷顶板支护强度达到7 MPa及以上时,可以满足工作面安全生产要求,实现岳城矿大巷煤柱回收工作面的安全高效回采。

坚硬灰岩顶板破断对煤层底板破坏特征

为研究坚硬灰岩顶板破断对煤层底板变形破坏的影响,以黄河北煤田邱集煤矿111107工作面为背景,基于顶板岩体破断动载应力函数,运用FLAC^(3D)模拟了坚硬灰岩顶板破断对采空区底板的破坏过程,对比了不同动载幅值下采空区底板破坏特征,基于深孔聚能爆破预裂技术,设计了爆破切顶方案,为坚硬灰岩顶板工作面安全开采提供保障。模拟结果表明:动载作用前后底板破坏范围和深度有明显增加,底板最大破坏深度达12 m,动载作用结束以后,残余应力波仍持续影响采场底板,直到灰岩顶板破断150 ms后,采场底板的动力响应才全部结束;随着动载幅值增大,底板破坏范围逐步增大;在持续时间相同的条件下,当幅值小于10 MPa时,动载作用前后底板破坏变化不明显;当幅值大于10 MPa时,动载作用前后底板破坏有明显变化。

东周窑井田山4号煤顶板稳定性评价

由于经历了复杂的构造作用和沉积作用,导致不同主采煤层或同一主采煤层不同部位顶板稳定性差异较大。为了避免矿井生产过程中顶板冒落、垮塌等安全事故发生,以东周窑井田山4号主采煤层为研究对象,从顶板自然成因的角度入手,分析影响煤层顶板稳定性的沉积条件、构造特征和岩石力学性质等因素,确定顶板岩性组合、优势岩性、含砂率、直接顶厚度、顶板结构、断裂发育程度、平面变形程度、抗压强度、抗拉强度共9个评价指标,建立递阶层次评价模型,并应用模糊数学综合判别法对顶板稳定性进行综合评判,得出山4煤顶板非常稳定区、稳定区和中等稳定区分布范围。评价结果为煤矿顶板管理、顶板隐患治理及高效开采提供理论依据。

碎软煤层钻进钻杆槽体结构优化与工程应用

高瓦斯碎软煤层具有煤体强度低、瓦斯含量高等特征,钻进过程中钻孔变形量大、易失稳破坏形成塌孔,导致钻孔深度浅、钻进效率低,进而影响了瓦斯抽采效率。为了提升刻槽钻杆在碎软煤层的应用效果,考虑螺旋槽体头数、螺距、槽深与槽宽等关键参数,采用EDEM与Fluent气固相间耦合的数值计算方法,构建刻槽钻杆钻进排渣模型,对比分析了刻槽钻杆的结构参数对排渣性能的影响。结果表明,增加螺旋槽体的头数,有利于增大排渣空间,提升钻杆的排渣效果;对于Ф50 mm的小直径刻槽钻杆,钻杆表面螺旋槽体设计为三头结构,相比单头和双头槽体,其排渣性能有明显提升;三螺旋刻槽钻杆螺距设计为252 mm、槽深为2.5 mm、槽宽为16 mm时,钻杆的排渣效果最优。通过现场工业性试验,钻进效果与煤矿使用的圆钻杆进行对比,三螺旋刻槽钻杆钻进深度提高11.5%,钻进效率提高35.4%,成孔率达到100%,在钻孔施工的过程中断钻、卡钻等打钻事故均未发生。

孤岛仰采综放工作面冲击地压研究及防治

为保证冲击地压孤岛仰采综放工作面的安全回采,从影响冲击地压多种因素和数值模拟对常村煤矿MZ21010工作面的冲击危险性进行分析评价,根据“三限三强”的防冲原则,优化各项防冲措施参数,对工作面实施综合防冲措施。从已经回采的三个月各项监测指标分析,工作面采取的防冲措施取得了较好的效果。

基于麻雀优化算法和CNN-BiLISTM的矿压预测模型

为了精准预测工作面顶板来压步距,提出了一种智能预测模型,将融合正余弦和柯西变异的麻雀优化算法(SCSSA)与卷积双向长短期记忆神经网络(CNN-BiLSTM)相结合,从而实现工作面顶板来压步距的精确预测。实验结果表明,SCSSA-CNN-BiLSTM来压步距预测模型预测值与实测值基本吻合,RMSE为1.051,MSE为1.1045,MAE为0.8162,MAPE为0.0566,相关系数R为0.9943,决定系数R2为0.9497,可以完成对于来压步距的预测。以样本1举例,实际值为20.20,而CNN-BiLSTM模型预测值为15.22,SCSSA-CNN-BILSTM模型预测值为18.49;以样本10举列,实际值为9.55,而CNN-BiLSTM模型预测值为13.78,SCSSA-CNN-BILSTM模型预测值为10.60,与未经过优化的CNN-BiLSTM算法相比,预测精度提升了约18%,参数优化效果显著提升。

深井软岩巷道顶帮强力适时锚注支护技术研究

为解决软岩巷道支护锚杆受强剪破坏及锈蚀问题,提出以全长锚固为基础的顶帮强力适时锚注支护技术,在原有支护结构上设计了顶帮补强锚索支护技术。结合适时注浆理论和现场测量数据通过Maple计算出最佳注浆时间,采用数值模拟方法研究对比了端头锚固支护与全长锚固支护情况下的巷道围岩位移、应力及塑性区分布。结果表明,以全长锚固为基础的全断面支护技术能够有效控制顶板下沉,采用全长锚固的锚杆能够在有效防止腐蚀的情况下抵抗强剪破坏,最佳注浆时间为巷道开挖后的10~20 d。结合现场监测结果表明,在顶帮强力适时锚注支护下,整体矿压及顶板下沉量基本稳定,锚杆主动支护效果好。

基于智能评估技术机电设备运行状态评价模型构建及应用

为提高机电设备先兆故障诊断效率和运行稳定性,提出采用智能评估技术构建煤矿机电设备运行状态评价模型,通过获取故障数据、运行状态数据,选取设备运行评价指标,并结合设备额定参数以及专家系统,对设备运行状态劣化程度进行计算。同时,引入层次分析法,确定机电设备运行状态评价等级,并通过引入“劣化度”模型,计算设备运行过程中相关指标与设备良好运行状态间差距,以实现对煤矿机电设备运行状态的智能评价。以新矿集团内蒙能源长城三矿所使用的MG450/1050-WDK型交流电牵引采煤机作为验证对象,结果显示,将基于智能评估技术的设备运行状态评价方法运用到电牵引采煤机运行状态评价中,评价结果可靠性高,对提高机电设备运行效率具有一定帮助,具体应用时建议根据煤矿以及机电设备型号设计评价指标。