8.8 m超大采高工作面巷道超前应力研究与实践

8 m以上特厚煤层超大采高综采工作面回采巷道高度超高、宽度超宽,顶板上覆岩层运移剧烈,两顺槽出口巷道顶板压力大,巷道超前支护难度比以往大采高工作面更加复杂,支护难度进一步增大。为解决超前支护难题,以国家能源集团神东上湾煤矿首个8.8 m特大采高工作面回采巷道为工程背景,对两顺槽出口顶板超前应力进行分析研究,确定超前支护长度及主要参数,并进行了工程实践,为类似地质条件特厚煤层两顺槽超前支护参数的确定提供借鉴。

山丘地形对浅埋7.0 m采高综采面矿压显现的影响

为分析山丘地形对浅埋煤层大采高综采面矿压显现的影响,以上湾煤矿12205综采面为例,采用理论分析、数值模拟与现场实测方法,研究综采面过平直与山丘地形下矿压显现的异同。通过应力传递力学模型确定山丘坡度、高度为矿压显现主要影响因素,进而利用数值模拟分析坡度、高度对矿压显现的影响。研究表明：与平直地形相比,工作面经过山丘地形时支承压力峰值、峰值点位置和影响范围均增加,大于30°的山丘坡度或大于30 m的高度,可能引起强烈的矿压显现;同时现场实测表明在山丘地形下（坡度45°,高度50 m）矿压显现较为强烈,证明了理论分析与数值模拟的可靠性。

7.0m大采高工作面覆岩破断及矿压显现规律研究

为解决神东矿区7.0 m大采高综采工作面的安全高效开采问题,采用现场实测、理论分析和物理模拟的手段,对19个特大采高工作面的矿压规律和关键技术进行研究。研究结果表明:特大采高工作面矿压显现较普通采高工作面更加强烈;由于特大采高工作面采高明显增大,覆岩第一亚关键层易进入垮落带,难以形成"砌体梁"结构,而呈"悬臂梁"结构周期性破断,形成工作面的周期来压,其持续长度与支架控顶距接近,较关键层"砌体梁"结构来压持续长度明显偏大;并且随着埋深的增大,高位关键层的破断对特大采高工作面矿压显现的影响也逐渐加大,多关键层的同步破断显然会传递更大的覆岩载荷,进而加剧了工作面矿压显现。针对特大采高工作面的矿压显现特征与特殊的覆岩破断规律,建立了支架合理工作阻力的确定方法,研发了特大采高工作面开采设备,开发了大断面巷道支护技术、强制放顶技术和末采快速贯通技术,实现了特大采高工作面的安全高效开采。

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。

8 m大采高综采工作面成套装备研发及应用

针对8 m大采高工作面围岩控制、液压支架可靠性保证、超大煤量自适应连续运行、工作面配套存在的问题进行研究,建立液压支架与围岩的耦合力学模型,采用"双因素控制法"确定超大采高液压支架合理工作阻力,设计伸缩梁与护帮板分离的三级协动护帮装置、大缸径抗冲击双伸缩立柱,有效控制片帮及顶板压力;采用高强度结构钢及智能焊接新工艺提高8.2 m大采高液压支架可靠性;基于无极软启动、超大规格链条及传动系统和电直驱齿辊式连续破碎装置,研制超大煤量自适应刮板输送机;综合对采煤机行走传动、带式输送机可折叠机身、超前液压支护等多个方面进行研究,研发了首套8 m大采高综采成套装备,并在兖矿集团金鸡滩煤矿108工作面进行工业性试验。试验表明:成套装备能有效地控制顶板和煤壁,具备良好的稳定性及可靠性,煤流运输顺畅,无大块煤堵塞,试验期间工作面最高日产5.7万t,月产达到150万t以上。

基于扣件受力的无砟轨道32m简支梁坡度限值

研究目的:基于有限元方法与梁轨相互作用原理,建立能够分析坡道上无砟轨道桥梁变形对扣件受力影响的平面模型,分析桥梁坡度、墩顶纵向水平位移等因素对扣件受力的影响,提出在考虑桥梁收缩徐变、基础沉降、桥墩纵向温差及列车荷载等条件下32 m简支梁适应的坡度,从而为桥梁坡度选择提供理论指导。研究结论:(1)桥梁坡度以及墩顶纵向水平位移的改变均会引起扣件受力,并且扣件所受上拔力最大值随着桥梁坡度、墩顶纵向水平位移的增加近似呈线性增大;(2)对于梁端悬出0.55 m的32 m简支梁而言,当桥墩高度为20 m时,由扣件上拔力不超限确定的最大坡度值为29‰,当桥墩高度为40 m时最大坡度值为20‰;(3)当桥墩纵向水平刚度增加、梁缝附近铺设过渡板或采用特殊扣件时,可以适当增加桥梁的坡度限值;(4)基于扣件受力确定的桥梁坡度限值可为今后线路选线设计及桥梁坡度设置提供借鉴和参考。

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。

8.8 m超大采高工作面支架与围岩相互作用关系

8.8 m超大采高综采工作面一次开采高度及开采强度大,采场围岩控制困难。采用立柱压力传感器、位移传感器对工作面回采期间支架工作阻力、顶板下沉量进行了全程系统监测,对工作面矿压显现规律、支架工作阻力循环曲线、顶板下沉量及割煤循环内下沉曲线进行了分析,对支架工作阻力、初撑力、支架刚度与顶板下沉关系进行了研究。研究结果表明:超大采高工作面开采具有来压区域性明显、来压急增阻、非来压恒阻、大小周期来压的宏观特征;工作面顶板下沉具有明显的时空差异性,空间上呈现工作面“两端小-中部大”的特征,时间上呈现来压期间大、非来压期间小的特点;工作面支架ΔF-T和顶板下沉ΔS-T均化循环曲线具有高度的一致性,来压期间2者均呈对数-大斜率线性复合增长,非来压期间呈现近常数或小斜率线性增长;顶板下沉与支架工作阻力呈线性对应关系,随支架工作阻力的增加而增大,安全阀开启后,顶板下沉速度明显增大,最大下沉速度为安全阀开启前的4.3倍,安全阀长时开启时顶板下沉速度由急增逐渐过渡至缓增状态,ZY26000/40/88液压支架在来压期间一定时间内可以将顶板下沉控制在一定的范围内,但并不能阻止其继续下沉;初撑力及支架刚度大小对顶板控制影响较为明显,随着初撑力的不断增大,顶板下沉及下沉速度显著降低并趋于稳定,临界点为15 MN,顶板下沉与支架刚度呈现类双曲线关系,支架刚度达到14 MPa/m以上时,支架刚度对顶板下沉的抑制作用减弱,顶板下沉趋于平稳状态。

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。

8.8m超大采高综采工作面围岩控制关键装置优化设计

根据上湾煤矿8.8 m超大采高工作面围岩稳定性控制要求,对顶板支护、煤壁片帮防治和漏矸导流等关键装置进行了优化设计。结果表明:通过采用φ600 mm大缸径立柱和分级泄液大流量安全阀相互配合,实现了对顶板控制和缸体安全的统一;优化设计的伸缩梁与三级护帮板非随行式机构降低了响应延时,减少了煤壁及顶板的空顶时间,降低了冒顶、片帮事故的发生概率;L形防漏矸装置有效杜绝了因移架和相邻支架缝隙过大造成的漏矸伤人风险。通过优化设计的围岩控制关键装置为8.8 m安全回采提供了可靠保障。

8.8 m超大采高综采面回采巷道合理支护参数研究

神东煤炭集团上湾煤矿12401综采工作面为全国首个8.8 m超大采高综采工作面,为满足采掘、运输和通风需求,该工作面回采巷道需要相对较大的设计尺寸。为确保该综采工作面安全回采试验,采用工程类比、理论计算、数值模拟和现场监测等综合研究手段,确定了超大采高综采工作面回采巷道支护方式为“锚网索带”联合支护,并确定了关键支护参数。通过数值模拟和现场实测,结果表明围岩变形量均小于10 mm,支护效果良好,验证了回采巷道支护参数的合理性。

超大断面回风顺槽超前支架的研制

针对神东煤炭集团上湾煤矿8.8 m特大采高综采工作面开采地质条件和回风顺槽布置特点,研制了ZFDC81100/30.5/55D型大型迈步分体式超前支架组。应用结果表明:该支架满足特大采高工作面回风顺槽支护要求,解决了超高动压巷道顶板、煤帮的支护问题,为8.8 m特大采高工作面顺利推进提供了安全保障。

国能神东煤炭集团重大科技创新成果与实践

国能神东煤炭集团有限责任公司(以下简称“神东公司”)是国家能源集团的骨干煤炭生产企业,在煤炭安全高效开采、国产高端装备制造、智能化矿井建设、安全管理模式创新与绿色低碳创新等方面取得了显著成就,引领了全国煤炭企业的科技创新,在综采采高、矿井人均工效、矿井长周期安全管理与亿吨矿区管控中心建设等方面创造了多个世界第一。系统介绍了神东公司在科技管理、创新平台、协同创新、人才队伍、知识产权、标准体系与科技成果等方面的进展,总结了神东公司创新驱动体系及螺旋加速上升的科技创新通道。在采掘技术创新与实践方面,梳理了一次采全高综采采高从6.3 m逐步提高到8.8 m的技术突破,介绍了浅埋坚硬特厚煤层上分层综采下分层综放的采煤工艺,梳理了薄煤层等高开采关键装备、技术及面临的技术问题,分析了短壁机械化全部垮落法的技术适应性及无煤柱开采方法的技术实践;介绍了快速智能掘进成套系统及掘锚一体化关键技术,提高了掘进效率,解决了“采掘失衡”的矛盾。在国产高端装备研发与应用方面,介绍了神东公司在世界首个8.8 m超大采高综采工作面装备配套方面取得的突破性成果,分析了国内首套纯水液压支架面临的技术难点与创新途径,解析了6 000 m可伸缩单点驱动带式输送机在整机降阻、张紧控制与智能变频驱动等技术方面的突破,总结了研发世界首套双百吨重载搬运车突破技术障碍的经验,列举了把新能源矿用电动车应用到井下所实现的技术创新。在智能化矿井建设方面,针对采煤工作面智能化面临智能割煤、跟机拉架方面的问题,总结了神东公司在采煤工作面智能化建设过程中实现的技术革新;梳理了智能化选煤厂“从无到有”的拓荒之旅;研究了我国首个国产煤矿井下操作系统——矿鸿的关键技术核心与推广应用价值;解析了我国首个亿吨矿区数字化集中管控平台建设使用的集成技术,介绍了13种井下智能机器人创新与实践。在安全管理技术与实践方面,创建了“135”工作法安全风险管控管理体系,实现了千万吨矿井超长的安全生产周期;搭建了神东公司矿压控制体系与矿压动态高效预警智能云平台,形成了神东矿区特有的矿压控制技术体系;介绍了水、火和瓦斯灾害防治技术体系,保障了神东公司安全管理体系的建设。在绿色生态建设方面,介绍了神东公司在煤炭绿色发展和技术创新中的成就,阐述了在开展生态矿井、绿色矿山与清洁煤炭方面的技术实践,在贯彻黄河流域生态保护和高质量发展重大国家战略方面,介绍了神东先行示范区。通过对神东公司科技创新体系和创新成果的总结,探讨了煤矿未来科技发展思路,明确了其在科技创新体系与重大科技攻关方面的发展方向。

7.0m支架综采面矿压显现规律研究

基于神东矿区补连塔煤矿22303工作面矿压实测结果,对世界首个7.0 m支架综采面不同开采阶段的矿压显现规律进行了总结,并结合神东矿区各类大采高综采面的矿压显现,对比分析了不同采高综采面矿压显现规律的差异。结果表明:上覆遗留煤柱区下开采时7.0 m支架工作面矿压显现正常,但在临近推出煤柱区时,工作面内煤壁片帮现象严重,直接导致刮板板输送机被压死。而长壁采空区下开采时,7.0 m支架工作面在煤层间单一关键层结构和2层关键层结构区域呈现出不同的矿压显现。煤层间单一关键层结构区域,关键层距离煤层越近,矿压显现各项参数(除来压步距外)越大;而在煤层间2层关键层结构区域,工作面来压步距及动载系数呈现出大小交替的周期性变化规律,且大来压步距对应小动载系数。通过对比7.0 m支架综采面与神东矿区其它几个大采高综采面的矿压显现规律发现,随着采高的增加,支架支护强度缓慢增加,而动载系数随之减小,且采高越大、亚关键层1距离煤层越近,越易形成亚关键层1的"悬臂梁"结构,从而来压持续长度越长。

超大采高工作面大断面巷道超前支护设备研制与应用

针对世界首个8.8 m超大采高工作面大断面回风顺槽超前支护问题,以上湾煤矿124018.8 m综采工作面回风顺槽为工程背景,根据巷道实际开采地质条件与锚杆支护参数,研制出了ZFDC81100/30.5/55D型高强度迈步分体式超前支架组,给出了超前支架总体结构特征、技术参数与支架布置方案,并分析了超前支架窄型顶梁、多级侧护机构、非对称承载机构及防倒机构等创新设计方案。现场实践表明,超前支架参数设计合理,在保护顶板锚杆支护系统的基础上巷道围岩变形较小,得到了有效控制,可以满足8.8 m超大采高工作面回风顺槽安全支护与辅助运输要求,具有良好的安全技术与经济效益,为后续类似超大采高工作面超前支架设计提供参考。

立井开拓矿井胶轮车运输大采高支架的应用

王庄煤矿后备区是立井开拓矿井,煤矿后备区8101工作面选用7.2 m一次性采全高支架,简要分析了立井开拓矿井在使用无轨胶轮车运输支架时的优缺点和注意事项。