基于微震监测的浅埋8 m超大采高综采面矿压规律现场监测研究

以陕北矿区某矿2203浅埋超大采高综采面为工程背景,采用微震监测技术,对浅埋超大采高综采面矿压规律进行了研究。结果表明:单日微震事件数达到峰值后,综采面继续回采8.25~11 m内,能量大于103J的事件增多,微震事件能量及支架压力达到峰值,随后顶板出现垮落现象。综采面初次来压前,微震总能量为6.40×10^(3)J,矿压显现期间为1.07×10^(4)J,总能量增长67%;由于综采面矿压显现与微震最大能量峰值出现一致,通过2次最大能量峰值时综采面位置可以确定综采面周期来压步距。2203综采面初次来压步距为24.75 m,周期来压步距为27~35.25 m,由此确定,顺槽超前支护距离为36 m,实践表明,2203综采面采用ZCZY10300/31/55D型超前液压支架满足巷道超前支护的要求。微震监测是矿压显现规律分析的有效手段,采用液压支架压力变化与微震能量协同分析的方法研究超大采高综采面的矿压规律是可行的。

Systematic principles of surrounding rock control in longwall mining within thick coal seams

Effective surrounding rock control is a prerequisite for realizing safe mining in underground coal mines.In the past three decades, longwall top-coal caving mining(LTCC) and single pass large height longwall mining(SPLL) found expanded usage in extracting thick coal seams in China. The two mining methods lead to large void space left behind the working face, which increases the difficulty in ground control.Longwall face failure is a common problem in both LTCC and SPLL mining. Such failure is conventionally attributed to low strength and high fracture intensity of the coal seam. However, the stiffness of main components included in the surrounding rock system also greatly influences longwall face stability.Correspondingly, surrounding rock system is developed for LTCC and SPLL faces in this paper. The conditions for simultaneous balance of roof structure and longwall face are put forward by taking the stiffness of coal seam, roof strata and hydraulic support into account. The safety factor of the longwall face is defined as the ratio between the ultimate bearing capacity and actual load imposed on the coal wall.The influences provided by coal strength, coal stiffness, roof stiffness, and hydraulic support stiffness,as well as the movement of roof structure are analyzed. Finally, the key elements dominating longwall face stability are identified for improving surrounding rock control effectiveness in LTCC and SPLL faces.

7m大采高综采智能化工作面成套装备研制

为实现晋陕蒙地区7 m左右厚煤层的安全高效自动化生产,研制7 m大采高综采智能化成套装备。针对采高增加而带来的围岩控制、巷道与工作面过渡、工作面设备协调控制以及运输系统可靠性等难题,采用液压支架智能耦合控制、大梯度过渡、工作面直度调控、煤流平衡控制、设备参数在线监测等新技术,研制出7 m大采高液压支架,通过80 000次的循环加载寿命试验;工作面大功率运输设备运量达到4 500 t/h;工作面智能控制系统实现了350 m长工作面综采成套装备的精确控制和协调联动。成套装备在陕煤集团红柳林矿进行工业性试验,工作面作业人员由14人减少至5人,最高月产达111万t,工作面年生产能力达1 200万t。

大柳塔煤矿52煤7m大采高综采工作面支架工作阻力分析

为了提高液压支架选型的合理性,实现7m大采高工作面的安全高效生产,本文通过对大柳塔煤矿7m大采高52303工作面、52304工作面初采、正常回采、末采期间的的矿压进行实测,得出大采高工作面周期来压较明显,来压时煤壁片帮严重、顶板下沉明显,易冒顶,来压期间支架工作阻力沿工作面倾向呈"几"字型分布的矿压规律。并分析了支架的受力特点,通过经验及理论公式对工作阻力进行了分析,并结合覆岩运动规律及形成的结构,给出了支架工作阻力确定公式及合理的工作阻力,即16800kN液压支架处于高位运行状态、18000kN液压支架工作阻力相对不足,目前大柳塔煤矿52煤使用的支架不能满足安全生产的需求,合理的工作阻力应为18550k^21586kN。

WC80EJ支架搬运车在神东7m大采高工作面快速安装中的应用

介绍了煤炭科学研究总院太原研究院最新研制的煤矿井下辅助运输设备—WC80EJ型支架搬运车,以及该设备在神华神东矿区7 m大采高工作面液压支架快速入井运输和安装中的应用情况。

7m大采高综采工作面导水断裂带发育规律研究

为研究西部浅埋煤层大采高综采条件下导水断裂带的发育规律,以大柳塔煤矿5-2煤层7m大采高综采工作面为研究对象,采用数值模拟、理论计算分析、钻孔冲洗液漏失量分析和数字全景钻孔成像观测等方法。结果表明：导水断裂带发育高度与覆岩赋存结构类型、工作面长度以及主关键层位置距煤层高度等因素有关,工作面尺寸的变化对覆岩导水断裂带影响较大,同样7 m大采高条件下,工作面长度为147.5 m时,导水断裂带发育高度为68.76 m,为采高的9.82倍;工作面长度为301m时,导水断裂带发育高度远超出理论值,断裂带高度为137.32 m,为采高的19.62倍。5-2煤层采后实测导水断裂带发育高度为68.76-137.32 m,裂采比为10.1-20.2。

7 m大采高综采面防止老顶突然垮落推出液压支架问题研究

大柳塔煤矿目前正在回采5^(-2)煤层,综采工作面采高达到7 m,矿压显现强烈,回采过程中经常出现老顶局部突然垮落的现象,特别是在工作面两端头三角区域比较突出。顶板垮落后有时直接作用于支架掩护梁上,将工作面液压支架推出,造成设备损坏。为了解决这一难题,大柳塔煤矿通过分析老顶突然垮落的原因,有针对性地采取了高压水预裂和退锚索等技术措施,同时制定了相应的工作面顶板控制和安全预防措施,取得了良好的效果。

特厚煤层8.8 m超大采高综采面切眼放顶技术

上湾煤矿特厚煤层8.8 m超大采高12403综采面顶板不易自然垮落,在工作面初采阶段,易导致顶板初次垮落步距较大,在顶板大面积瞬间垮落时会产生强烈的强矿压和飓风现象,从而导致人员伤亡及设备损坏等。为了保证工作面初采阶段的安全生产工作,上湾煤矿通过引进井下定向长钻孔水力压裂工艺技术对切眼顶板进行预裂,同时配合切眼三角区强放技术,对特厚煤层8.8 m超大采高综采面切眼进行了初采放顶工作。实践表明:通过在上湾煤矿12403工作面进行煤层顶板定向长钻孔分段水力压裂工程施工,有效降低了顶板强度,缩小了初次放顶步距,为矿井安全高效回采提供技术保障,同时为大采高工作面初次放顶提供了治理经验。

8.8 m运输顺槽超前支架组的研制与应用

针对神东大采高综采工作面开采地质条件和综采面配套设备外形尺寸大的特点,研发了ZYDC34440/30.5/55D型运输顺槽异形迈步分体式超前支架组。该支架采用多单元窄形组合非对称式支护架形,解决了超前支架与大型运输设备的配套衔接;设计低位推移机构,实现了与大型转载破碎机配套,保证了行人通道;配置多形式调架机构,实时协同调节支架位置,保证使用可靠性,较好地控制了8.8 m特大采高工作面运输顺槽顶板变形。

西部大采高工作面保护煤柱宽度优化研究

保护煤柱尺寸一直是三下开采研究的热点问题,特别是在西部大采高软弱覆岩特厚煤层开采条件下,其对地表建筑物安全的影响有待进一步研究。以榆树湾井田20119工作面为例,综合利用数值模拟和概率积分法确定了合理保护煤柱宽度,并进行现场验证。结果表明:随着煤柱宽度的减小,地表沿X方向的水平移动呈现倒“S”型趋势,沿Y方向的移动呈现倒“U”型趋势,地表的最大下沉量随煤柱宽度的减小而不断减少;结合概率积分法对保护煤柱宽度进行预计,确定优化后的煤柱宽度为180 m;对现场村庄进行实时监测,地表下沉和倾斜值均满足现场施工要求,验证了保护煤柱宽度的合理性。

8 m以上大采高综采工作面综合防尘关键技术

基于超大采高工作面开采高度远超出了传统喷雾降尘有效作用的距离,导致易出现跑尘、漏尘的问题,研究了超大采高工作面的产尘特点及运移规律,探讨了相应的综合防尘关键技术,优化了影响防尘效果的关键元部件的相关参数,提出了8 m以上大采高工作面综合防尘新方法。井下应用表明,综合防尘新方法有效覆盖了产尘区域,解决了8 m以上大采高工作面跑尘、漏尘的问题,保障了工作面生产安全,避免了煤尘对工人健康造成的危害,具有很好的应用推广价值。新方法的提出奠定了8 m以上大采高工作面综合防尘技术理论体系基础,对相关综合防尘技术的研究具有一定的借鉴意义。

8.8m智能超大采高综采工作面关键技术与装备

为解决浅埋煤层8.8 m特厚煤层一次采全高安全高效开采的问题,以上湾煤矿首个8.8 m超大采高综采工作面12401工作面为研究对象,利用数值模拟、现场实践以及工程类比等手段,在设备配套、围岩控制、回采技术以及信息化方面进行技术攻关,形成了一套8.8 m超大采高一次采全高综采关键技术。实践证明:采取的巷道支护、采场矿压监测、三角区顶板控制、支架自动增压补液、防片帮、防漏矸、回采工艺、工程质量控制以及信息化等技术,保证了综采面安全高效回采。8.8 m超大采高一次采全高综采设备选型及配套合理,不仅能够满足综采面生产、支护以及运输需要,而且生产能力显著提升。该综采工作面与同煤层7 m大采高综采工作面相比,可多回采煤炭405万t,采出率提高了20.2%。该成套装备、工艺及关键技术的研发和应用,为类似条件下特厚煤层的开采提供技术指导和借鉴。

8 m大采高综采工作面关键回采技术研究

为解决8 m厚煤层安全高效开采的问题,以补连塔煤矿首个8 m大采高为研究对象,通过联合技术攻关,形成了一批具有神东自主知识产权的关键技术。重型设备配套总功率达到13 009.4k W,装备技术水平得到进一步提升;在围岩控制方面,形成了大断面巷道支护技术、高压水致裂初次放顶技术、超强大阻力支架支护技术,总结出了超大采高矿压规律;在回采方面,形成了双支架垂直过渡工艺,提高了资源回采率;在信息化技术方面,形成了设备动态监测、数据采集等多种技术。通过一系列关键技术的应用,实现日产4.48万t,具备年产达1 550万t以上的生产能力,回采率达98.12%,为类似条件下8 m厚煤层开采提供技术指导和借鉴。

大采高综采工作面过断层开采技术探究

对过断层开采技术的应用,可显著提高大采高综采工作面的开采效益。结合煤矿工程概况,分析了大采高综采工作面过断层开采技术的应用背景,提出了大采高综采工作面过断层开采工艺,经实践,大采高综采工作面过断层开采技术的应用取得显著成效,期望给大采高综采工作面过断层开采提供一些技术参考。

浅埋煤层大采高工作面地表裂隙漏风研究

为了掌握浅埋煤层大采高工作面采空区上方地表裂隙漏风规律,通过地表裂隙考察、SF 6示踪气体现场测试、数据拟合分析等方法进行地表漏风特征分析,并制定专项漏风防控措施进行治理。结果表明:大采高工作面采空区上方距离工作面20 m以上的粘土层地表区域,容易发育形成长期稳定的张开型和塌陷型裂隙;不同区域地表裂隙漏风风速呈现回风侧塌陷型裂隙>中部张开型裂隙>进风侧塌陷型裂隙,且分别距离工作面584、539、487 m后漏风风速基本为零;通过对地表裂隙回填压实和井下回风侧采空区注浆堵漏,在降低上隅角CO浓度的同时增加了O_(2)浓度,有效抑制了采空区的遗煤自燃,减少了采空区惰性气体的涌出。

大采高工作面小煤柱沿空掘巷煤柱宽度优化及围岩控制技术研究

以马泰壕矿3103辅运顺槽为研究对象,采用现场监测、内外应力场和极限平衡区理论、数值模拟等相结合方法,对大采高工作面小煤柱沿空掘巷煤柱宽度进行研究。研究表明:现场监测煤柱支承压力分布规律,最终初步设计沿空掘巷留设小煤柱宽度为6~10 m;理论计算显示,小煤柱宽度合理范围为6.0~8.1 m;数值模拟表明,煤柱宽度大于6 m时,煤柱具有一定承载能力,煤柱上方和巷道顶板出现核心弹性区,有利于发挥锚固作用,煤柱宽度越大,应力集中现象越明显,综合考虑小煤柱宽度为6 m。基于此,提出了“锚网索支护+卸压+滞后沿空侧注浆加固+回采期间周期来压附近补强支护”围岩控制技术,现场应用效果良好。

大采高工作面局部煤壁片帮特征思考

本文以大采高工作面为研究对象,主要对大采高工作面的局部片帮特征展开分析。在大采高工作面开采期间,容易出现工作面局部煤壁片帮的情况,这种情况会严重影响大采高工作面的稳定性和可靠性。所以需要在大采高工作面开采期间对局部煤壁片帮特征进行分析,再采取适宜的防治措施,保证大采高工作面能保持较好的开采水平,推动大采高工作面开采工作的顺利进行,满足矿业企业的发展需求。

自燃煤层超长工作面采空区三带监测及防灭火技术

以3301工作面为研究背景,针对3301工作面大采高、地温高、湿度高以及遗煤量大导致自然发火危险性强的特征,采用现场实测法对3301工作面采空区三带进行监测,并制定防灭火技术方案。经过现场实测确定进风巷一侧散热带、氧化带、窒息带范围分别0~33 m、33~81 m、81 m以外,回风巷一侧散热带、氧化带、窒息带范围分别0~21 m、21~72 m、72 m以外;提出使用“全区封堵、多源惰化”的综合灭火技术、多功能一体化防灭火系统进行防灭火。现场应用后,矿井采空区防灭火能力得以有效提升,避免采空区遗煤自燃,并给煤炭高效回采创造良好条件。

大采高工作面倾斜煤层机械化液压支架选型研究

针对大采高大倾角综采工作面存在矿压强烈、开采强度大、顶板容易冒落、支护难度较大的问题,以王村煤业1311工作面为研究背景,对工作面覆岩破坏规律进行研究,计算关键层和其他各层的载荷,确定关键层极限跨距和基本顶周期来压步距,建立FLAC^(3D)数值模拟模型,研究工作面推进对垂直应力分布和垂直位移分布的影响规律;计算液压支架的工作阻力,对液压支架进行选型并分析其稳定性。结果表明,液压支架初撑力和末阻力的分布范围在4000~6000 kN和5000~7000 kN之间,大于额定工作阻力的60%占比为42.5%和70.6%,大于额定工作阻力的80%占比为0%和82.5%,没有大于额定工作阻力的情况。1311工作面选取液压支架满足井下支护需求,能够很好地适应井下大采高大倾角的复杂工况。

银河煤矿柔性架间隔控防尘技术实践

银河煤矿现采煤层均设计为大采高综采工作面,回采移架期间架间漏细小煤矸比较严重,易造成粉尘扩散。为达到有效控尘的目的,研制了一种安设在两液压支架之间的柔性架间漏煤矸隔控装置。该装置主体选用高强度柔性阻燃抗静电织物芯橡胶加不锈钢夹板制造,具备高度形变适应性、滑动性及耐磨性。该装置可对架间漏矸缝隙进行包裹,能够将架间漏煤矸引导到采空区侧,有效抑制架间漏煤矸的滑动转移,避免因移架导致的架踏板及管缆线浮尘堆积,减轻了人工清扫的劳动强度,可在类似大采高回采工作面推广使用。