某矿井下多工作面协同爆破智能管控体系研究

基于某矿穿孔和爆破工序分割、多中段多工作面同时作业的工程背景,采用跟踪调研的方法得出该矿具有爆破作业管控难度大、工序反馈衔接不及时、有效作业人员占比小等问题。为解决上述难题,采用工序分析、问题提出、风险评估等层层递进的方法,开展井下多工作面协同爆破智能管控体系研究。结果表明:井下爆破作业各工序间具有严谨的先后顺序;爆破器材运输和装药工序的危险程度最高,需精准管控;采用智能软件协同监管多工作面爆破作业工序,不仅精准管控效率高,还可降低矿山爆破作业的事故机率。最后结合某矿的实际作业条件,基于多工作面同时爆破作业的先后流程,采用Python语言开发了井下多工作面协同爆破智能管控软件,并通过爆破作业工作面的管理调试,证明研发的管控软件适合辅助该矿爆破工序的监管。

综采工作面过陷落柱毫秒延时松动爆破研究与应用

为了解决3203综采工作面过陷落柱困难的问题,结合陷落柱现场地质条件,提出基于毫秒延时起爆技术的松动爆破专项方案,并采用理论设计、数值模拟和现场试验相结合的方法,对比总结同时起爆模型和毫秒延时起爆模型的裂隙扩展模式和应力传播规律,分析在顶板处质点的振速和位移变化规律。研究表明:通过毫秒延时松动爆破可以使相邻炮孔间形成贯通裂隙,相比于同时起爆,延时起爆模型优先创造自由面,从而破碎陷落柱岩石并减少爆破飞石,解决了综采面过陷落柱困难的问题。毫秒延时起爆相比于同时起爆,对顶板的峰值合振速减小了9 cm/s,对顶板的峰值合位移减小了0.095 mm。现场试验发现,松动爆破对陷落柱的破碎效果明显,陷落柱岩石强度得到有效减弱。实践证明,毫秒延时松动爆破技术能够极大提高截煤作业效率,保护采煤区顶板,经济效益显著。

坚硬顶板预裂爆破技术在综采工作面的应用

煤矿开采期间,工作面顶板区域一旦发生大面积垮落现象,容易发生瓦斯含量超标、顶板事故等各种事故。事故的发生不仅会影响煤矿开采作业的进行,造成巨大经济损失,而且可能会发生人员伤亡。为了保证煤矿开采顺利进行,减少事故的发生,针对综采工作面,应当加强对坚硬顶板预裂爆破技术应用的探讨。

薄煤层工作面过冲刷带技术优选及应用

针对潞宁煤业31101综采薄煤层工作面回采过程中受冲刷带等复杂地质条件的影响,造成的回采困难、成本增加等问题,分析总结了当前常用薄煤层工作面过冲刷带的技术及其适用条件,充分考虑薄煤层工作面过冲刷带选择技术的各种关键影响因素,科学合理地选择了松动爆破技术辅以采煤机截割技术过冲刷带的组合方式,并对松动爆破技术的炮孔布置及薄煤层截割设备进行了选型,为工作面过冲刷带提供了技术指导。实践证明:采用松动爆破及采煤机截割组合技术,不仅使工作面顺利通过了大规模冲刷带,而且为矿山多回收了超过6×104t煤炭,取得了较大的经济效益及社会效益,为后续矿山实际生产带来了突破性的指导意义,也为同行业及类似矿山提供了技术指导。

极近煤层双临空孤岛面矿压控制技术研究与应用

为解决山西灵石华苑煤业近距离煤层孤岛工作面开采过程中,下位煤层工作面巷道超前变形严重的问题,通过分析压力来源,受上位煤层开采遗留煤柱、厚硬顶板以及回采扰动的动压应力叠加作用,下位煤层回采巷道超前变形严重。根据分析结果,提出进行超前切顶卸压的控制方法,提前在上位煤层回采巷道进行超前爆破预裂,减小下位煤层回采巷道所受的压力影响,使巷道变形量由最大2.4 m以上,减小到最大0.8 m,保证了工作面安全生产的需求。

综放开采顶板弱化实践应用

硬质顶板煤层回采作业期间采空区易形成大面积悬空状态,为避免因冒落导致的安全事故发生,本文以山西省某煤矿2301综放开采工作面为例,结合实际情况选择合理的顶板弱化技术进行现场应用,并实时探测记录顶板岩层来压情况。探测结果表明煤层顶板岩层来压步距下降明显,弱化效果显著,对该综放开采工作面安全生产具有重要意义。

同忻矿山小煤柱工作面矿压综合治理技术试验研究

同忻矿8210小煤柱巷道虽处于采空区侧向应力降低区内,围岩应力环境较好,但同时也伴随着巷道围岩整体松软破碎,小煤柱整体完整性较差,承压能力弱,不利于巷道维护,也为矿山工作面安全管控带来一定隐患。因此,同忻矿山决定开展小煤柱工作面矿压综合治理研究,采用初采切眼爆破放顶、尾巷爆破切顶卸压及头巷水力致裂工艺降低矿压影响,提升初采期间顶煤回收率,控制巷道变形。试验结果表明,初采切顶爆破效果良好,初次来压步距及来压强度得到有效缩短弱化,初采可放煤距离大大缩短。尾巷切顶卸压成功爆破400个孔,围岩控制率提高了37%。头巷超长孔定向水力压裂效果良好,裂隙发育充分,达到预期效果。

深部仰采孤岛工作面初采期间冲击地压防治

以霄云煤矿1310工作面为工程背景,通过计算判断悬顶初次破断失稳位置,分析坚硬顶板破断时释放的大量弯曲应变能,并利用FLAC3D数值模拟分析深部仰采孤岛工作面初采阶段的采动应力变化;基于悬顶破断释放的能量和初采期间应力集中系数超过发生冲击地压的临界值,判断深部孤岛工作面初采期间发生冲击地压的可能性较大;通过采取大直径钻孔卸压结合顶板深孔预裂爆破等综合卸压措施对初采阶段冲击危险性进行防治。结果表明:卸压钻孔形成的弱化带破坏了煤体承载结构,使靠近巷道的浅部煤体应力明显下降,且应力峰值向煤体深部转移;爆破对顶板进行损伤破坏,提前释放或转移了坚硬顶板积聚的弹性能,从而降低孤岛工作面初采阶段发生冲击地压的可能性。

综采工作面过断层施工工艺及支护技术

新景煤矿15032工作面过F7断层期间,存在采煤机破岩量大和故障率高、采空区遗煤量大以及过断层期间围岩破碎等技术难题。对过断层回采方案进行分析,提出了深孔预裂爆破回采工艺,并对工作面过断层期间顶板采取“注浆加固+JW型锚索棚”联合支护。应用效果表明:采用深孔预裂爆破法过断层时实现了断层岩体提前预裂效果,降低了采煤机破岩难度,采煤机故障率由原来的17%降低为4%;对断层区采取联合支护技术后,控制了围岩变形、破碎现象,顶板端面距减小至0.4 m,煤壁片帮深度减小至0.7 m,保证了工作面安全回采。

高地应力综放沿空留巷围岩失稳机理及控制技术

为解决工作面留设区段煤柱后巷道变形严重、采掘衔接易失调的问题,以古汉山矿1604工作面为研究背景,通过理论分析、数值模拟并结合现场试验,研究分析了综放工作面沿空巷道顶板运动及切顶力学特征,得到留巷关键参数,并进行工程应用。结果表明,沿空留巷围岩失稳具有切落、回转、破断(垮冒)和冒落等形态,提出以切断基本顶为目标的定向聚能预裂爆破技术,并配合高强锚索强化顶帮结构稳定性、巷旁可伸缩工字钢柔性挡矸防护及巷内单体柱抬棚临时支护防止基本顶断裂和垮冒的综合防控技术;留巷后顶底板相对移近量686 mm,帮部收缩量458 mm,底鼓较为明显,待留巷110 m以后基本趋于稳定状态;经简单卧底刷帮后能满足接替工作面风巷的使用要求,同时也为相似条件下实施沿空留巷提供技术借鉴。

特厚煤层孤岛工作面小煤柱巷道“支-卸”控制技术研究

针对特厚煤层孤岛工作面来压强烈、留设宽煤柱造成资源浪费的问题,基于极限平衡理论计算小煤柱合理宽度,通过强力锚杆锚索支护和“水力压裂+爆破”卸压技术进一步控制巷道变形。研究结果表明:小煤柱巷道应布置于端头顶板破断稳定后的“弧形三角块”结构下方,煤柱塑性区宽度为3.5 m;根据小煤柱近场变形机理,提出了以提高锚杆锚索的控制范围、煤帮护表范围、煤帮的表面张力、煤柱帮抗滑移能力为原则的强力支护系统;根据小煤柱远场应力环境,提出工作面侧采用水力压裂,采空区侧采用爆破的立体层次卸压工法;采用联合作用后,底鼓量减小了56%,小煤柱侧变形减小了74%,满足巷道使用。

坚硬顶板工作面初采定向预裂爆破卸压技术

为防止采煤工作面初采坚硬顶板悬顶问题诱发的灾害事故,以木瓜煤矿10-201工作面赋存坚硬顶板为工程背景,提出采用定向预裂爆破卸压技术主动地在顶板岩层内创造结构弱面,从而实现坚硬顶板弱化的效果,基于此,设计了切顶钻孔参数,现场试验确定了爆破钻孔装药结构,技术应用后,缩短了坚硬顶板悬顶长度,降低了工作面初次来压强度,证明了定向预裂爆破卸压技术的优越性和合理性。

深孔爆破技术在晋北煤业采面过断层中的应用

针对5-409工作面因受断层岩石带影响范围大的问题,拟采用深孔松动爆破技术协助工作面通过断层岩石带;采用工程类比、理论分析及现场试验等方法,确定钻孔布置方式及钻孔参数;选择在5-4091巷布置钻孔进行深孔爆破现场试验;应用表明,采用深孔爆破后,割煤机可顺利切割直接通过断层岩石带,且采煤机基本没有额外损耗,效果良好。

王庄矿3802工作面安全过断层综合技术研究

针对王庄矿3802工作面过断层期间可能存在的运输巷道变形、顶板垮落及煤壁片帮等问题,从安全回采技术角度,综合给出了工作面过断层期间巷道绞顶与挑顶施工工艺、挑顶爆破工艺、巷道支护及煤壁注浆加固技术,形成了工作面过断层安全回采方法,有效保障了王庄矿3802工作面安全高效回采,研究技术可为类似工程条件矿山提供工程借鉴。

坚硬顶板弱化技术对工作面矿压显现规律的影响研究

针对坚硬顶板综采工作面来压步距大、矿压显现强烈、管理难度大等问题,以卡洼掌煤矿坚硬顶板条件为工程背景,在理论计算顶板垮落步距的基础上,提出切眼切顶爆破和两巷超前预裂爆破的顶板弱化技术,并对现场矿压数据进行监测,分析顶板弱化效果,研究结果表明:坚硬顶板整体性强、力学性能好,初次及周期来压步距均较大,经过对坚硬顶板采取爆破强制放顶技术,减小了工作面的来压强度,保证了工作面的安全高效生产。

爆破地震效应激发煤与瓦斯突出的监测分析

以某突出矿井1261采煤工作面爆破为例,测试了该工作面前方卸压区和应力集中区的爆破振动速度和爆破振动频率;通过对现场测试数据的回归分析,得出了振动速度、爆破药量及地震波传播距离三者间的关系;采用"db7"小波法分析了爆破振动频谱、能量分布及爆破地震效应对煤与瓦斯突出的激发影响。监测表明:工作面前方卸压区和应力集中区爆破地震效应较小,不能直接破坏该区煤体,但该区煤体获取爆破振动能量后,工作面瓦斯突出危险性将增大。根据煤与瓦斯突出能量方程和工作面条件,调整爆破方案,可以降低爆破地震效应对采掘工作面煤与瓦斯突出的激发程度。

综采工作面过冲刷带方法选择及实践

归纳总结综采工作面过冲刷带的方法,分析了影响综采工作面过冲刷带方法选择的因素,探讨综采工作面在过冲刷带构造时如何科学、合理地选择方法。通过榆家梁煤矿52406综采工作面采用松动爆破结合采煤机截割的方法过冲刷带的实践,对结论进行了验证。

大采深厚表土复杂空间结构孤岛工作面冲击地压防治技术研究

厚表土层覆盖下的深埋不规则孤岛工作面覆岩空间结构复杂多变,顶板运动剧烈,该类孤岛工作面在受到大采深和地质构造等因素的影响下,极易发生冲击地压。以某矿不规则深井孤岛工作面为工程案例,首先对工作面冲击危险性进行分析评价,通过开采前进行的模拟推进,采用覆岩空间结构理论,分析得到了高应力区域,确定了冲击危险区域和危险程度;采用应力在线监测系统进行冲击危险性实时预报,钻屑法进行危险性检验;采取钻孔卸压和爆破卸压措施对危险区进行处理,有效的保证了复杂空间结构下孤岛工作面的安全回采。

软岩巷道大变形双主动超前爆破预裂顶板防控技术

为了解决软岩采场终采线附近大巷受工作面回采应力长时高压作用引起的巷道围岩结构大变形问题,以风水沟煤矿软岩地质条件为工程背景,从力源传递角度出发,提出了顶板深部围岩双主动超前深孔预裂爆破卸压原理,建立了爆破裂隙带构造应力场力学模型和终采线附近高位稳定岩层弹性基础连续板力学模型,对比分析了采场超前支承压力和爆破裂隙带构造应力分布特征,研究了顶板深部围岩双主动超前爆破卸压机制。研究得出:风水沟煤矿软岩采场超前支承压力动态演化规律具有动压影响区域广,峰值影响范围大,应力集中程度高的特点;终采线区域顶板深部围岩双主动超前爆破卸压后,爆破裂隙带构造应力场剧烈影响范围减小,应力集中程度降低,顶板下沉量和弯矩明显减小,工作面终采线预裂岩层及时垮落,冒落岩体的碎胀效应有效控制高位稳定岩层的变形以及破坏发展模式;煤柱区爆破裂隙带切断应力传递路径,采场应力环境得到明显优化。在工作面回采结束3个月后,现场监测的大巷围岩垂直应力增量在5%以下,巷道顶底板及两帮的移近量较小。研究结果表明,顶板双主动爆破卸压后形成的裂隙带阻挡了超前支承压力向前传递,降低了巷道围岩应力,减小了大巷变形。

综采工作面顶板预裂爆破振动对临近村庄民居的影响研究

为了弱化坚硬顶板,减小顶板来压剧烈程度,保证开采过程的安全,山西高平科兴米山煤业有限公司选用顶板预裂爆破的方法人为破坏顶板。首先采用理论计算得出爆破所产生的振速峰值;然后利用数值模拟软件ANSYS/Ls-Dyna建立物理模型,对切眼顶板预裂爆破破碎的全过程进行数值模拟,提取预先设置的所有爆破观测点的爆破振动峰值;最后与理论计算值进行综合分析比较。结果表明,理论经验公式估算与数值模拟计算的结果基本吻合;距离居民区最近测点峰值振速不超过安全允许值,即表明按照设计的顶板预裂爆破方案进行爆破作业不会对上冯村民居的安全性产生明显影响。