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。

连采机截割尘源高压雾化封闭控降尘系统研究与应用

为有效治理连采掘进工作面截割区域的粉尘,针对连采机传统的喷雾降尘措施存在的雾化效果差、覆盖范围小等不足,对降尘用喷嘴进行参数优选试验,得到具有封控特性的等效孔径1.8 mm扇形喷嘴和具有雾化捕尘特性的等效孔径2 mm实心锥形喷嘴。基于红柳林煤矿15218连采掘进工作面现场条件和连采工艺特征,对该工作面连采机截割区域进行防尘设计,研发了连采机新型外喷雾控降尘装置,在雾化喷嘴与外喷雾控降尘装置之间加装可调节万向球头,采用“外喷雾控降尘装置+可调节万向球头+雾化喷嘴”组合模式,不仅减少了频繁拆卸喷嘴对外喷雾控降尘装置内螺纹的磨损,还便于调节雾化喷嘴喷雾方向,满足连采机降尘需要。为了提高连采机供水管路水压,通过对连采机机载各装置耗水量和连采机供水管路沿程压力损失的计算,优选使用了额定流量250 L/min、额定压力6.3 MPa的增压泵对连采机用水进行增压,综合形成了适用于红柳林煤矿连采掘进工作面的连采机截割尘源高压雾化封闭控降尘系统。现场应用表明:使用该系统后连采机截割区域全尘降尘率≥82.3%,呼尘降尘率≥72.5%,有效降低了截割区域的产尘量和溢尘量,实现了对连采机截割尘源的封闭式高效防控。

高压磨料水力割缝防突技术

系统地分析了高压磨料水力割缝防突技术的机理,介绍了其工艺流程和有关技术参数的研究情况,阐述了高压磨料水力割缝防突技术在突出煤层快速掘进中的防突作用,试验表明了高压磨料水力割缝防突技术是突出煤层快速掘进中的一项有效防突措施,其具有良好的实用性和广阔的推广前景。

基于事故树分析的煤矿掘进面瓦斯爆炸危险评价研究

基于掘进面瓦斯爆炸原理与事故致因理论建立了掘进面瓦斯爆炸事故模型,并在此模型和瓦斯爆炸危险源分类基础上建立了掘进面瓦斯爆炸事故树模型,提出了基于事故树分析的掘进面瓦斯爆炸事故的定性分析方法。以黑龙江某矿7256掘进面为例,建立了该掘进面的瓦斯爆炸事故树模型,并对该事故树求最小割集和最小径集,评价了该掘进面引起瓦斯爆炸的主要因素,并提出了防治措施。研究结果表明,有120种可使7256掘进面发生瓦斯爆炸的基本事件组合,防止该掘进面瓦斯爆炸的有效途径是加强通风管理,防止掘进面风量不足,加强放炮和设备检修时的安全管理。提供了一种基于基本事件的模糊概率计算顶事件概率的方法,为定量分析提供了一种简便、可靠的方法。

综掘工作面掘进机截割速度的分析与研究

以煤矿地质条件、煤层性质为影响掘进效率的出发点,从掘进机和煤岩的受力情况进行分析,以EBZ-132型掘进机为例,结合线性回归分析法对收集到的实际数据进行T检验和F检验,得出最佳的割煤速度和时间。通过对掘进机安全高效的实际研究与应用,结果表明该研究对解决掘进作业效率低下的问题具有较高的理论和实践指导作用。

综掘工作面不同截割方式下的最佳风场调控规则

针对目前综掘工作面局部通风方式下,出风口风流状态不能根据实际通风需求进行动态变化,造成巷道内粉尘与瓦斯聚集严重问题,通过最佳风场调控规则分析,以求有效降低粉尘质量浓度和瓦斯体积分数。采用正交试验及流场模拟实验方法分析不同截割方式下风流参数变化对风速、瓦斯及粉尘场分布影响规律,获取大量样本数据,建立风场调控参数与风速、瓦斯及粉尘质量浓度关联关系的初始化决策信息系统,并对其进行K-means算法离散化合并规约处理,建立离散化决策信息系统。基于粒计算和Matlab软件编写了风场调控规则获取的智能算法和参数化程序。利用风场调控规则获取方法和参数化程序分析并建立了陕西神木柠条塔矿S1212胶运巷道综掘工作面的最佳风场调控规则,并利用自主研制的风流调控装置进行了井下测试验证。结果表明:经使用最佳风场调控规则后,巷道内风速在0.25~4.00 m/s及死角区域瓦斯体积分数低于1%的前提下,出风口距掘进工作面最近距离5 m时,回风侧粉尘质量浓度最高降低43%,司机处粉尘质量浓度最高降低38%;出风口距掘进工作面最远距离10 m时,回风侧粉尘质量浓度最高降低15%,司机处粉尘质量浓度最高降低37%。

高瓦斯低透气性突出煤巷快速掘进技术

分析了高压磨料射流割缝防突机理,在国内率先研制出用于高突掘进工作面的高压磨料割缝设备,并在平煤公司十二矿17180掘进工作面进行了工业性试验应用。试验期间,瓦斯释放空间大幅增加、掘进速度显著提高、煤层瓦斯压力得到了有效的释放,且该设备割缝效果好,操作方便,使用安全,不受巷道条件限制,适用性好。

突出煤层掘进工作面前方集中应力带的确定

对于有突出危险的煤巷掘进工作面有必要确定出工作面前方的集中应力带的范围。通过对乌兰矿突出煤层掘进工作面机巷打钻及防突预测中的钻屑量实测数据的分析,确定了集中应力带的范围为掘进工作面前方5~16 m。

超大断面单巷超长距离掘进通风技术研究

为了配合8.8 m超大采高综采成套装备整体搬运,采用大功率(2×55 k W)通风机配大直径风筒(直径为1 200 mm)局部通风技术解决超大断面(6.0 m×5.8 m)、单巷超长距离(5 340 m)掘进需风量大与供风难的问题。通过通风设计确定合理供风量和风压等通风参数,据此进行通风机选型。为提高通风效率,根据工作面通风和环境参数实时测定结果,以变频技术动态调整局部通风机频率和转数,使其达到最佳的工况点,并通过实施安全技术措施和风筒降阻减漏措施,满足了超大断面超长距离掘进工作面在掘进至不同长度时风量的需求,可为服务于超大型高产高效矿井、超大盘区、工作面的超长掘进工作面施工的通风配合提供借鉴。

长平矿掘进工作面煤体应力分布规律探讨

基于对长平矿掘进工作面新鲜暴露煤体前方的应力测定,针对钻屑量能直接反应煤体内应力分布大小的规律,运用岩石力学理论、力学数值模拟及煤层的基本参数,对掘进工作面卸压区宽度进行了理论推导,并对掘进工作面新鲜暴露煤体的钻屑量进行了现场实测。得出了掘进工作面应力分布规律:卸压带宽度约为0～3.5 m,集中应力带宽度约为3.5～8.5 m,8.5 m以后为原始应力区。

部分断面掘进机截割头的改进设计

针对在中硬煤岩工作面中掘进机截割头存在的一些问题 ,对截割头进行了改进设计 ,并对改进前后掘进机的截割性能和载荷特征作了分析比较。结果表明 ,改进后的截割头可明显改善机器的工作性能和效率。

掘进机纵向截割头的运动学分析及简化计算

针对掘进机纵向截割头的不同工作状态，讨论了运动的简化问题，揭示了截割头各工况时的运动过程及速度变化规律，找出了各种情况下磨损最快的截齿在截割头上所处的位置。这对规划截割头的最佳截割路线、提高截割效率和掘进速度，都具有十分重要的意义。

突出煤层掘进工作面槽硐突出能量分析

水力掏槽措施可在突出煤层中实现快速掘进,但在掏槽过程中仍然会存在突出的现象,尤其是在槽硐中会产生小的突出,为控制这一现象的发生,改善水力掏槽措施,从引起槽硐周围煤体突出的根源入手,运用宏观突出理论,分别从瓦斯内能、顶底板弹性潜能和煤体弹性潜能三个方面对槽硐突出能量进行深入分析。并结合黑龙江省矿区煤层、瓦斯赋存等实际情况,进行定量分析。对掘进工作面槽硐突出能量的研究可拓展水力掏槽措施防突机理,并提高水力掏槽措施在黑龙江省矿区的适应性。

煤矿采掘面产尘模拟分析实践教学系统研发及应用

文章构建了具有自主知识产权的煤矿采掘面产尘模拟分析实践教学系统。该系统可使学生全面、直观地感受煤矿采掘面截割/钻进破煤产尘过程,并指导学生开展“截割/钻进参数调控-产尘特征监测-数据统计分析”的全过程自由探索型创新实验,量化分析截割/钻进参数对产尘特征(浓度、分散度等)的影响。对于提高学生的思考和实践能力,培养学生的创新思维,深化学生对采煤、掘进过程中粉尘灾害和产尘机理的理解,激发学生的科研兴趣,以及有针对性地提出截割/钻进减尘、优化粉尘工程控制措施和个体防尘技术具有重要意义。

水力掏槽防突中槽硐围岩应力应变分析

在分析试验区水力掏槽措施参数的基础上,从槽硐径向半径与地应力关系、槽硐径向半径与瓦斯内力关系、掏槽深度与应力变化关系、槽硐轴向深度与瓦斯内力关系等角度,深入分析其在突出厚煤层中快速掘进的防突机理,并通过数据统计验证了水力掏槽快速掘进防突技术在突出厚煤层应用的优越性,为突出厚煤层矿区应用该措施提供理论基础和实践经验。

水力掏槽期间突出能量及冲击波压力差分析

从诱发煤与瓦斯突出的根源入手,分析了水力掏槽槽硐中突出能量、突出后巷道中冲击波压力差的影响因素及作用,通过突出能量、冲击波压力差作用关系,定量分析突出后吨煤能量在巷道中产生的冲击波压力差,以供参考。

高应力区掘进工作面冲击地压事故发生机制研究

以东北某矿三水平北21层三四区一段开切眼掘进工作面严重冲击地压事故为背景,通过现场调研、理论分析、微震/应力监测等方法对高应力区掘进工作面冲击地压事故发生机制进行研究,结果表明,(1)17层煤柱集中应力和21层煤采空区侧向支承压力形成的高静态应力是主要冲击力源,掘进工作面和相邻17层煤回采工作面形成的扰动应力是主要诱发力源,两者叠加影响导致该冲击地压事故;(2)建立了煤柱下方应力分布估算模型和采空区侧向支承压力估算模型,两者叠加作用下对21层煤的影响范围为132 m,具有冲击危险影响范围为70 m;(3)针对冲击地压事故发生机制制定的掘进工作面恢复生产方案,实现开切眼的安全贯通。研究结果对类似条件下的掘进工作面安全生产和开采设计具有一定的借鉴意义。

数字孪生驱动掘进机远程自动截割控制技术

目前掘进机远程截割控制方法大多基于视频监控与平面信息,巷道断面成形质量取决于人工操作经验,可靠性较低。针对该问题,研究了数字孪生驱动掘进机远程自动截割控制技术,从数据感知、数据驱动、数据传输、远程自动截割控制等方面介绍了数字孪生驱动掘进机自动截割的实现过程。采用视觉测量技术获取掘进机位姿数据、气体传感器等获取掘进环境数据,构成数字孪生驱动的数据来源;建立掘进机虚拟模型和虚拟场景并完成虚拟模型动作编程及虚拟模型与虚拟场景的耦合,通过求解掘进机运动学正逆解,实现掘进机与虚拟模型交互;基于三次多项式方法进行巷道断面“S”形截割轨迹规划,设计反馈线性积分滑模控制器实现截割轨迹跟踪控制;采用MySQL数据库作为数据交互媒介,通过井下工业以太环网及矿用5G技术实现数据远程传输。实验结果表明,掘进机截割头能稳定跟随规划轨迹,且同一时刻虚拟界面显示的掘进机截割头位姿与实际位姿一致。

煤矿掘进工作面瓦斯爆炸的危险性评价研究

根据煤矿掘进工作面瓦斯爆炸事故,总结出导致掘进工作面瓦斯爆炸的基本事件。运用事故树分析法,通过最小割集与最小径集的求取,分析了掘进工作面瓦斯爆炸事故发生的原因,并提出掘进工作面瓦斯爆炸事故发生的预防措施,为煤矿瓦斯管理提供科学依据。

唐口煤矿综掘机智能远程控制技术

针对目前我国综掘机自动化及综掘工艺智能化方面的研究和应用已初见成效,但在智能化感知与远程控制技术上仍欠缺的问题,从唐口煤矿综掘工作面实际情况出发,综合利用综掘机自动定位控制、自动截割控制、远程自动控制等技术,研发了一种综掘机智能远程控制系统。采用全自动防爆全站仪配合多种传感器实现综掘机定位;对综掘机操作系统、电控系统、液压系统进行升级改造,实现综掘机定位数据分析、截割动作自动规划等;采用远距离传输协议,实现综掘机自动定位与一键截割远距离控制。应用表明,实施综掘机智能远程控制系统后,唐口煤矿实现了综掘工作面30~50 m范围内无人作业,提高了安全生产水平;每班只需1名操作人员,达到了减员提效的目的。