Back-and-forth mining for hard and thick coal seams—research about the mining technology for fully mechanized caving working face of Datong Mine

The article introduced the key technology, mining process, and back-and-forth mining method for the caving working face of hard-thick coal seams in Datong mine, and researched this innovations process, optimized the systemic design and working face out-play, tried to perfect the caving mining technology of hard-thick coal seams further.

Research on Feasibility of Top-Coal Caving Based on Neural Network Technique

Based on the neural network technique, this paper proposes a BP neural network model which integrates geological factors which affect top coal caving in a comprehensive index. The index of top coal caving may be used to forecast the mining cost of working faces, which shows the model’s potential prospect of applications.

综放面采空区漏风规律及防治技术研究

综放工作面采空区漏风易导致遗煤自燃,危及矿井安全。以大南湖一矿1305综放工作面为研究背景,采用数值模拟和现场试验的方法,研究了综放工作面采空区漏风规律,提出了综放工作面端头封堵采空区防漏风技术方案,并在现场进行了试验。结果表明,工作面端头是综放工作面采空区漏风的主要通道,其中进风巷侧端头漏风率达19%;风流在采空区内渗透深度约160 m;工作面端头封堵后,风流在采空区内渗透深度缩减至100 m左右;1305综放工作面端头封堵后,采空区漏风率降低17个百分点。

基于数组的刮板输送机运载模型及煤量计算算法研究

目前针对煤量检测的研究大多侧重于煤矿井下带式输送机的煤量检测和识别,对综采(放)工作面刮板输送机的煤量检测仅停留在转载机处安装红外扫描装置,检测技术单一,且由于转载机位于刮板输送机卸煤处,红外扫描装置检测的是转载机的载煤量,不能直接反映刮板输送机上的实时载煤量,存在较大滞后性。针对上述问题,提出一种基于数组的刮板输送机运载模型及煤量计算算法。该算法将刮板输送机设定为连续装煤的载体,通过连续数组建立刮板输送机运载模型,并表征单位长度的装煤量,结合综采(放)工作面采煤机运行速度、滚筒高度、截割深度、位置及刮板输送机运行速度与装煤系数等参数,通过多参数数学建模的方法,实现对刮板输送机单位煤量的实时模拟,进而直观反映煤矿井下采煤工艺并准确计算出刮板输送机的实时载煤量。井下工业性试验结果表明,该算法连续可靠,可以精确计算出刮板输送机实时载煤量,载煤量分布接近于理想状态,具有较高的收敛性和鲁棒性。

综放工作面端面冒顶机理与围岩控制技术研究

针对9102综放工作面在回采过程中端面顶板破碎等围岩支护难题,首先对工作面的工程概况及顶底板条件进行分析,重点分析了采场围岩支护难点及端面冒顶机理,然后在具体回采经验的基础上,设计了9102综放工作面采场围岩控制体系,然后进行了现场实践及效果分析,工作面推采过程中仅发生局部轻度片帮冒顶事故,端面煤岩体整体稳定程度较高,安全生产工作得到保障。

巨厚砾岩层下综放工作面冲击地压危险性评价和矿震发生特征分析

为有效监测和防治综采工作面冲击地压事故,以耿村煤矿巨厚砾岩层下综放工作面为工程背景,采用综合指数法评价综放工作面冲击地压危险性,利用微震监测结果研究综放工作面回采期间矿震特征。结果表明:(1)13230综放工作面冲击危险性指数为0.65,属于中等冲击地压类型;(2)综放工作面回采期间矿震主要发生在工作面前方顶底板煤岩体中,工作面处于“见方区”时发生矿震的频次、最大能量和总能量均明显高于“非见方区”的,“见方区”矿震的震源主要位于工作面前方中部顶底板煤岩体和运输平巷上帮顶板煤岩体中;(3)综放工作面顶板周期来压期间通常伴随大能量的矿震事件。研究结果可为耿村煤矿综放开采冲击地压监测和防治提供参考。

上煤层扰动下综放工作面覆岩运移及矿压显现规律研究

近年来,准格尔煤田大多数矿井已进入了6^(#)、10^(#)、11^(#)等第二主采煤层的开采,平均厚度可达10 m以上,故大多数煤矿都选用综放开采技术进行回采。受上煤层开采的影响,下部综放工作面覆岩运移、矿压显现及顶板来压来源更为复杂。利用理论分析、相似模拟及现场实测等方法,以黄玉川226上02综放工作面为例,对上煤层扰动下综放工作面覆岩运移、矿压显现等规律展开了研究。主要结论有:中间岩层未完全破断前,覆岩呈分层垮落特征,破坏范围以阶梯式向上发展,下部综放工作面出现小周期来压,来压步距较大、强度较小;中间岩层完全破断时,两煤层破坏区域贯通,覆岩发生大范围台阶式下沉,下部综放工作面易发生压架、垮顶等矿压突变事故;中间岩层完全破断后,覆岩出现“台阶岩梁”结构,且破坏边界裂隙不断增大,下部综放工作面出现大周期来压,来压步距减小、强度增大。同时,通过对覆岩运移规律的研究,分析上煤层扰动下综放工作面顶板来压来源,确定其支架载荷计算方法,并以黄玉川226上02综放工作面为例制定控制采高、增加支架工作阻力等针对性综合控制措施,在现场实施后取得了较好的控制效果。

基于IMU/UWB的井下采煤工作面端头采煤机定位试验研究

采煤机自主定位装置的长期精度是采煤工作面智能开采的重要研究内容。针对当前采煤机定位精度难以满足自动开采的需求,建立了基于惯性测量单元(Inertial Measurement Unit,IMU)/超宽带(Ultra-Wideband,UWB)融合定位的模型,提出了采煤工作面端头自主修正补偿惯性导航定位装置的漂移误差,利用IMU/UWB的融合结果对惯性导航定位装置的位置和姿态进行自主纠偏,能实时补偿IMU的偏差,实现采煤机长期高精度自主循环截割。为减小不确定的测量噪声对定位结果的影响,提出了利用变分无迹卡尔曼滤波(Variational Bayesian unscented Kalman filter,VB-UKF)技术对定位结果进行平滑处理,进一步提升融合定位精度,在太原重型机械有限公司开展了地面采煤机融合定位试验和山东能源集团济三工作面端头开展井下采煤机机载试验,验证采煤工作面端头的定位精度。试验结果表明,IMU/UWB融合定位精度高于单纯的UWB解算的精度;经过VB-UKF算法平滑后,井下试验的IMU/UWB融合定位的x轴和z轴方向的平均误差分别从0.102 m和0.194 m降低为0.082 m和0.158 m,平均精度对应的提升了19.6%和18.6%;3个姿态角的误差小于2°,在融合定位模型中利用误差扩展卡尔曼滤波实时补偿修正IMU的偏差,能有效的抑制IMU姿态角的漂移,井下现场试验证明了采煤工作面端头定位方法的有效性,为井下IMU/UWB融合定位的应用提供较好的参考和经验。

综放工作面转采技术参数设计研究

为实现唐山矿Y394综采放顶煤工作面转采过程中安全高效生产,基于工作面实际地质条件,将转采过程划分为“缩面+转面”两个阶段,有效消除了工作面撤支架工序与工作面旋转工序的交叉影响。缩面阶段工作面长度由132 m缩短至125 m,支架不旋转方向,数量由93架降低至86架。转面阶段工作面长度先由125 m缩短为120 m,之后伸长至122 m,支架数保持86架,工作面旋转角度23°,转面循环角度2°,共12次转面循环。工作面进入缩面区后,运输巷侧应力上升幅度高于回风巷。工作面进入转面区后,运输巷侧应力整体大于14.5 MPa,回风巷侧整体应力大于13.4 MPa,回风巷侧单体柱与工作面距离不变时应力仍呈上升趋势。采用设计的转采工艺后,Y394综放工作面实现了安全高效生产。

不同煤厚综放工作面合理放煤工艺数值模拟研究

同忻煤矿8202综放工作面顶煤回收率较低,为提高煤炭资源采出率,利用CDEM建立沿工作面倾向的数值模型,模拟研究综放工作面顶煤厚度分别为4.0,8.0,12.0 m时不同放煤工艺的放煤过程,分析煤矸分界面和顶煤回收率的变化规律,优化不同顶煤厚度条件下放煤工艺参数。结果表明,顶煤一次放出的厚度越大,各放煤口放煤量差异越大,放煤过程中煤矸互层越严重,煤矸分界面越混乱,顶煤回收率越低。对比可知,8202综放工作面采用三轮顺序放煤工艺时顶煤回收率最高。

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。

高瓦斯综放工作面端头悬顶静态膨胀预裂技术

基于理论分析计算得到的回采巷道顶板岩层静态膨胀预裂的影响半径,设计了超前综放工作面回采巷道煤柱侧静态膨胀致裂端头悬顶的切顶方案及参数,并开展了数值模拟验证和现场工程应用。研究结果表明:沿煤柱侧打设一列预裂孔对回采巷道煤柱侧顶板进行静态膨胀预裂后,预裂孔间75%的岩桥均产生了张拉裂缝,煤柱侧、跨中及回采侧巷道顶板的下沉变形不再呈现常规的下凸形式,邻近工作面时回采巷道煤柱侧与跨中的顶煤下沉量基本相当且增加较明显;超前综放工作面回采巷道静态膨胀预裂切顶技术较好地解决了端头悬顶带来的诸多重大安全隐患,端头顶煤采出率由50%~70%提高到90%,促进了三元煤业高瓦斯综放工作面安全高效开采。

基于改进双向峰-谷搜索算法的煤矸模型电磁波正演模拟

实现放顶煤过程煤矸含量自动识别是综采自动化的重要目标,现有煤矸含量自动识别方法存在准确性、实时性较低等问题。放顶煤过程产生的煤矸混合物是由煤、矸石和空气形成的三相介质,各相介质的电性参数不同,在不同组分的混合三相介质中,电磁波的传播特性也不同。煤和矸石相对介电常数差异明显,通过研究不同含矸率煤矸混合物的电性参数,可为放顶煤工作面含矸率自动识别提供新的思路和方法。为了探究不同含矸率煤矸混合物的电性差异,提出了一种基于分治策略的双向峰-谷搜索算法,基于该算法建立了煤矸多相离散随机介质模型,基于麦克斯韦方程组及其本构关系方程,利用时域有限差分法对所建立的模型进行电磁波正演模拟。分析表明,基于分治策略改进双向峰-谷搜索算法后,煤矸多相离散随机介质模型中的煤、矸石、空气三相之间不仅存在明显的相界面,且各相离散程度更大,不存在聚集现象,因此局部介质也能体现整体的电性参数,能够满足电磁波正演的介质模型需求。正演模拟结果表明:(1)激励信号的频率会影响透射波的幅值,在12 GHz范围内,激励信号频率越高,透射波幅值越大;频率过低会降低信号的鲁棒性,激励频率应高于2 GHz。(2)煤矸混合物的含矸率与介质整体的等效介电常数呈正相关。含矸率越高,电磁波信号的传播损耗越多,接收平面接收到的信号幅值越小,电磁波信号穿透介质所用的时间越长。不同含矸率之间呈现明显的差异性,可以用作综采放顶煤含矸率识别的依据。

回采巷道顶煤二氧化碳气爆致裂冒放技术

基于理论分析计算得到的回采巷道顶煤气爆致裂影响半径,设计了回采巷道顶煤气爆致裂助冒放爆破孔布置方案及参数,并开展了数值模拟验证和现场工程应用。研究结果表明:沿煤柱侧及跨中打设两列爆破孔对回采巷道顶煤进行液态二氧化碳相变气爆致裂后,爆破孔间的顶煤均进入塑性屈服状态,煤柱侧、跨中及回采侧巷道顶板的下沉变形不再呈现常规的下凸形式,工作面采动影响下回采巷道煤柱侧与跨中的顶煤下沉量基本相当且增加较明显;综放工作面回采巷道顶煤气爆致裂助冒放技术可在不影响安全出口顶板维护的前提下,不仅显著改善了回采巷道顶煤的冒放性,实现了回采巷道顶煤的顺利安全回收,而且还消除了端头顶板悬顶带来的诸多重大安全隐患,促进了三元煤业综放工作面安全高效可持续开采。

大采高加长工作面液压支架选型及顶板控制技术研究

为研究大采高加长工作面在矿压显现规律方面发生的变化,实现采场围岩的有效支护,以王庄煤业15112工作面为研究及实践对象,基于工作面的具体地质生产条件,经过理论分析计算,对液压支架进行选型,验证了工作面支架选型的合理性,进而制定综合矿压观测方案,分别进行了采场矿压、巷道表面位移、工作面走向超前支承压力、工作面侧向支承压力等方面的观测,研究得出了工作面的矿压显现规律及具体的采场围岩控制重点,有力指导了工作面回采期间的顶板管理工作,保障了矿井安全生产。

厚煤层综放工作面外错区冲击危险分析与防治

为保证厚煤层综放工作面切眼外错区域的安全回采,以郭家河1310工作面为工程背景,采用数值模拟研究了切眼外错区域工作面前方以及区段宽煤柱中的应力分布规律。研究结果表明,1310工作面回采至1308切眼前后,外错区域及1308采空侧的宽煤柱中应力水平较高,煤柱中垂直应力呈“双峰”分布状态,煤柱中存在稳定的弹性区,能够满足护巷与防冲要求。基于冲击危险的应力判别法,对切眼外错区域进行了冲击危险预测,据此提出了大直径卸压钻孔、煤体注水、煤体爆破等卸压防冲措施,为工作面外错区域安全回采提供技术支撑。

荆宝煤业回采面过废弃井筒和空巷技术实践

基于荆宝煤业的现场实际,需确保30202工作面过废弃井筒空巷的安全;拟定采用充填式注浆和废石填充的方法对原花宝沟废弃副立井、井底水窝及大巷进行治理,即废弃副立井井筒采用水泥和粉煤灰进行充填式注浆治理,井底水窝采用矸石废料、混凝土进行充填治理,巷道综合采用分段砌筑密闭墙+水泥和粉煤灰充填式注浆进行治理;可为类似条件工作面过废弃井筒提供经验借鉴。

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。

综放工作面端头支架优化改进设计研究

基于某矿综放工作面端头支架布设过程中造成人员通行不变,后溜装置易发生损坏的问题,对端头支架进行了优化改进处理,并在综放面进行了效果测试。改进设计后支架人行通道加宽0.4 m,设备故障率降低65%以上,应用效果显著。

铺龙湾5110工作面回采影响因素分析

铺龙湾5110工作面采用了放顶煤开采,煤层开采强度较大。为实现安全回采,分析了影响回采的因素,阐述地质构造、水文地质和瓦斯对回采的影响。结果表明,落差4.5 m的断层形成的2号和6号异常区对回采影响较大,地下水和瓦斯对回采影响较小。在过断层时,应根据对断层的探测结果采取合适的过断层措施。考虑到开采的强度较大,在开采过程中还应该对矿山压力进行监测。