Reliability analysis of the velocity matching of coal cutting and caving in fully mechanized top-coal caving face

The matching relationship between coal cutting and caving in fully mechanized top-coal caving face is analyzed in detail from the angle of reliability. The coupling equation of reliability is established correspondingly, and the mathematical equation of the coefficient of velocity matching of coal cutting and caving is obtained, which meets a certain reliability demand for making the working procedure of coal caving not influence coal cutting of coal-cutter. The results show that the relationship between the coefficient of the velocity matching and the reliability of coal cutting and caving system is linear on the whole when R <0.9. It is pointed out that different numerical value should be selected for different coal face according to different demand for reliability.

两次采动影响下小煤柱巷道切顶卸压围岩控制技术

为解决多次采动影响下留小煤柱巷道矿压显现剧烈、围岩变形量大的问题,提出了“切顶卸压+顶、帮锚索补强”联合控制技术。以贾家沟煤矿10115运输巷为工程背景,分析了切顶卸压位置、高度与巷道围岩垂直应力分布的关系,给出切顶卸压关键参数,并研究了留小煤柱巷道在切顶卸压后受两次采动影响下的矿压显现规律。结果表明:切顶卸压后,煤柱上的应力峰值随切顶深度的增加呈指数降低;10115运输巷在邻近工作面一次采动过程中巷道围岩变形依次呈现出无变形、缓慢变形、快速变形和围岩稳定的变化规律,本工作面二次采动过程中巷道围岩变形依次呈现出明显变形和剧烈变形的规律;巷道围岩在受二次采动影响时变形更加剧烈,巷道变形量为一次采动时的3.0~7.5倍。

8107工作面放顶煤技术方案及工艺优化研究

为了提高煤矿的产煤量,降低遗煤损失,从而增加矿井生产年限,考虑8107放顶煤开采面的实地生产条件,运用弱支护深孔爆破耦合CO_(2)分布式预裂松动的端头放煤工艺,把“单轮顺序”放煤方式改进为“多轮追机顺序”、“间隔分层”放煤方式。经过8107工作面现场试验结果,使用改进后工艺,开采面回收率提高了约6%,单刀产量约为4 576 t,单米精煤产量为5 720 t,平均每月推进进度约为99.46 m,直接创造经济效益约2 042.23万元。

特厚煤层综放开采邻空动压巷道围岩变形机理及卸压控制

受工作面采动叠加影响,特厚煤层综放开采邻空动压巷道极易发生冲击地压、巷道大变形等强矿压显现现象,是采掘过程中的重点防控区域。以榆神矿区曹家滩矿井特厚煤层综放开采为工程背景,分析了邻空动压巷道强矿压显现机理,研究了邻空巷道围岩倾向和走向支承压力分布力学机制,提出于邻空巷道进行定向张拉爆破切顶卸压巷道围岩控制,并运用数值模拟及现场试验等方法对该技术的作用效果进行了综合研究。结果表明,特厚煤层综放开采条件下,工作面开采大空间采空区长悬臂结构断裂后形成台阶岩梁块体长度较大,其滑落失稳或关键层失稳均会引发强动压,该动压作用在煤柱上并进一步传递至超前区邻空巷道围岩是造成底鼓大变形的主要原因。于邻空巷道内进行定向切顶卸压后,可减弱本工作面后方采空区顶板与煤柱间的承压,邻空巷道围岩应力向远离巷道方向转移,应力峰值降低,应力范围减小。现场开展了不同切顶方式下的现场工程试验,基于定向张拉爆破的深孔切顶卸压技术可有效减小特厚煤层工作面端头区邻空动压巷道的围岩压力,定向切顶后邻空动压巷道超前支架平均荷载降低11%,巷旁煤柱体应力峰值降低10%,巷内底鼓严重段平均变形减小65%,有效提高了巷道稳定性,为特厚煤层综放开采邻空动压巷道强矿压大变形控制提供了一种有效手段。

鲍店煤矿智能化工作面的建设与优化

传统工作面存在占用人工较多、危险系数大、劳动效率低等缺陷,鲍店煤矿优化了自动跟机系统、自动放煤工艺、记忆割煤工艺,建成7304智能化综放工作面。应用效果表明,该智能化工作面实现全工艺段采煤机记忆截割、时序自动放煤、液压支架自动跟机、运输机自动张紧和断链保护等自动化功能的常态化运行,达到了减人增效、提高安全系数的目的。

基于采煤机摇臂销轴载荷数据卡尔曼最优估计的煤岩识别方法

采煤机的煤岩识别技术是实现智能控制的基础,现有煤岩识别方法对现场环境及检测设备要求较高,实际综采工作面难以满足所需的必要条件。针对上述问题,提出了一种基于采煤机摇臂销轴载荷数据卡尔曼最优估计的煤岩识别方法,在不增加外部附属仪器设备的基础上,采用摇臂销轴传感器替换现有销轴感知煤岩载荷,可较好地适应环境。通过测定位于摇臂与连接架连接处摇臂销轴传感器的应变数据,采用卡尔曼最优估计算法对载荷数据进行降噪处理,使采煤机在截割煤岩等不同工况下的载荷区间相互分开,通过判断实时载荷处于的区间实现煤岩识别。构建随机载荷信号,利用卡尔曼最优估计算法、最小均方(LMS)自适应估计算法、变步长LMS自适应估计算法对相同信号进行降噪处理,结果验证了卡尔曼最优估计算法对载荷信号降噪处理的可行性与优越性。在某综采实验平台上进行煤岩识别验证,以空载、截割煤壁、截割岩石3个阶段对煤壁侧上端摇臂销轴沿采煤机牵引方向的载荷进行分析,结果表明:载荷数据未经卡尔曼最优估计算法处理之前,截割煤壁与截割岩石状态下的载荷区间存在重合部分,无法准确完成煤岩识别;载荷数据经过卡尔曼最优估计算法处理后,空载、截割煤壁、截割岩石3种工况下的载荷区间相互分开,且各工况下的载荷区间长度缩短了65.6%~83.3%,均方差降低了66.5%~72.9%,数据波动更小,有效提高了数据的辨识度。在实际工程应用中可根据该方法设定截割煤层状态时的期望载荷受力范围,一旦超出该范围,则判断此时不是截割煤壁状态,从而实现煤岩识别。

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。

钻屑瓦斯解吸仪仪器因素对K_(1)值的影响分析

为了保障钻屑瓦斯解吸指标K_(1)值测量准确,对K_(1)值的测定原理进行了研究,提出钻屑瓦斯解吸仪开发需要把握的关键要素有煤样质量G、煤样自放气开始至启动瓦斯解吸仪时的暴露时间t_(0)和各测点压力值p_(i)。基于影响K_(1)值测定结果的核心要素,从仪器结构、电子电路设计及理论算法等方面进行了分析,确定出开发环节影响仪器测量精度的因素,并提出了应该减少t_(0)误差、加快启动时间,重视漏气与堵管结构和算法等方面的设计建议,可供瓦斯解吸仪仪器开发者借鉴和参考。

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。

复采综放工作面工艺参数优化研究

为解决旧式房柱式开采工艺或者采用以掘代采的开采工艺造成工作面采出率低且开采不充分的问题,需对其进行复采。在对1301复采工作面地质条件分析的基础上,基于PF2CD软件构建放煤方式和放煤步距优化的数值模拟仿真模型,得出放煤步距最佳为1.2m;根据工作面长度适时采用双轮顺序和单轮局部间隔放煤方式,以获得最佳的顶煤放出率和含矸率的指标。

矿山盘区放顶煤采煤工艺的分析与应用

由于某矿山盘区原采用走向短壁后退式采煤方法,不易回收顶煤。结合该矿的实际情况,优化采用单一倾斜长壁后退式综合机械化低位放顶煤开采方法,重点分析端头斜切进刀、割煤装煤、移架等生产工艺,并采用“一刀一放”放顶煤正规循环作业,单轮分组间隔放煤。经应用后,顶煤回收率达92.9%,且产量提升,生产成本降低,优化效果显著。

厚煤层综放开采合理割煤高度的研究

为最大限度地提高厚煤层综采放顶煤工作面顶煤的回收率,以北辛窑矿8103工作面工程为依托,运用理论分析和FLAC3D有限差分方法,通过数值计算对比分析了不同割煤高度时工作面煤壁及顶板内的垂直应力场、水平应力场的分布规律,并对现场实际应用效果进行了验证。结果表明:工作面前方4~14 m出现了应力集中,综合煤炭采出率和液压支架情况,选取割煤高度为4 m,有利于提高工作面顶煤回收率。

影响顶煤放出主要因素的工艺实践与分析

为解决放顶采煤方式在综采工作面开采的实际应用中存在的产量低、煤炭质量低以及回采率低的问题,以苇湖梁煤矿6#煤层所属工作面为研究对象开展研究,在对其地质、煤层等条件和放顶采煤工艺参数应用现状分析的基础上,重点对不同放煤方式、放煤步距条件以及水平分段高度对顶煤放出的影响进行对比分析,为后续改进放顶开采方式的工艺参数奠定基础。

二氧化碳致裂放顶技术在磁窑沟煤矿13^(#)特厚煤层的应用

针对磁窑沟煤矿13^(#)特厚煤层综放工作面初采期间初次来压步距大、采空区悬顶面积大、易发生顶板事故的问题,通过分别应用水压致裂和二氧化碳致裂技术对综放工作面顶板进行强制切顶,对切顶效果进行了对比分析。实践证明二氧化碳致裂技术在特厚煤层综放工作面应用可以有效破坏关键层,使初次来压步距较未采取切顶的综放工作面减小54%,顶板全部垮落距离减小53%,实现正常放煤距离减小47%,使工作面提前进入正常放煤。

富夹矸近距离煤层合并综放开采合理机采高度研究

针对富夹矸近距离煤层合并综放开采含矸率大、割岩比例高等放煤效果差的问题,以大南湖七矿一分区5+6煤合并综放开采为工程背景,基于地质钻孔柱状对应的地层特征,明晰了不同钻孔柱状、机采高度条件下顶煤采出率、含矸率及割岩比例,确定了5+6煤合并综放开采合理机采高度。结果表明:机采高度为2.0 m时放煤口易堵塞,较大的机采高度对应较高的顶煤冒放性、采出率与割岩总比例,均以机采高度为3.0 m为转折点,采出率增幅呈现先增大后减小趋势,采煤机割岩总比例增幅趋势相反;含矸率随机采高度增大表现出先增大后减小再增大趋势,机采高度为3.0 m时为第一个转折点;大南湖七矿一分区5+6煤合并综放合理机采高度为3.0 m。研究结果可为富夹矸近距离煤层合并综放开采的合理机采高度确定提供理论指导。

我国厚煤层开采方法的选择原则与发展现状

针对目前厚煤层开采方法的发展和应用现状,分析了大采高和放顶煤开采2种方法在技术和经济上的优越性及适用条件,对大采高存在的工作面煤壁片帮与设备下滑问题,以及放顶煤存在采出率低、瓦斯与煤自燃防治、坚硬顶煤的弱化等问题,提出了在开采技术上应该采取的有效措施。探讨了将来厚煤层开采技术的研究重点与采煤方法选择原则。重点从开采技术与工艺以及安全生产现状方面对厚煤层开采的三种方法进行了分析,指出了目前我国厚煤层开采现状及国家的技术政策,确定了厚煤层开采技术研究的重点和发展方向。

特厚煤层大采高综放开采机采高度的确定与影响

为了确定大采高综放开采合理的机采高度,基于理论分析与数值模拟计算方法,研究了不同机采高度对支架工作阻力、顶煤冒放规律、煤壁稳定性的影响。研究结果表明:大采高综放开采机采高度的确定应充分考虑采放比、煤壁稳定性、矿压显现、顶煤采出率及设备投资等。支架所需支护强度、顶煤采出率、煤壁片帮程度与机采高度成正相关性,但并不是简单的线性关系。由于受顶煤赋存条件及采出率等因素影响,相同采高大采高综放开采煤壁片帮几率要高于大采高综采。大采高综放开采是煤炭开采技术的新突破,是实现特厚煤层安全高效开采的有效途径。

特厚煤层分组间隔放煤顶煤运移规律研究

综采放顶煤采煤法已成为我国特厚煤层主流的高产高效开采方法,但当前仍面临煤炭采出率低、含矸率较高的问题。塔山矿8222工作面顶煤平均厚度12 m,采用放顶煤开采,生产过程中尝试采用“大中小微”分组间隔放煤方式。为研究该放煤方式的原理及提高其放煤效率,并为开发智能放煤控制程序提供依据,采用CDEM颗粒离散元软件模拟分析了塔山矿开采条件下间隔放煤分组方法、顶煤运移规律、煤岩分界面特征以及顶煤放出率等,在此基础上揭示了组内支架数量对顶煤放出体形态的影响机制。数值模拟结果表明,顶煤厚度为12 m及见矸关门条件下,组内支架数量为9架是最优的分组间隔放煤方式;工业性试验表明,组内支架为9架的分组间隔“大中小微”放煤方式条件下的顶煤放出率为80.53%,含矸率4.00%,煤炭采出率高达85.31%。此外,组内支架数量对放煤漏斗形态影响较大;组内支架较少时,第1级放煤过程中相邻放煤口之间影响较大,中间形成畸形顶煤形态的可能性较大,在下一级放煤时容易出现混矸,导致架间残留煤量增加。分组间隔放煤的最佳支架间隔数量与煤厚密切相关;对于特厚煤层,合理增加间隔数可有效减少架间顶煤的遗留量,提高顶煤放出率。研究结果可为特厚煤层综放开采放煤工艺和参数合理确定提供参考。

大截深综放对含硬煤散体顶煤放出率的影响

为研究含硬煤分层顶煤在大截深一采一放和相同步距两采一放的这两种方式下的顶煤放出率,采用PFC2D软件建立数值模型进行研究,得出顶煤中存在硬煤分层时,前者放出率高于后者;相反,放出率相差甚微。各层顶煤放出率的差异是其主要原因,对于硬煤分层和上位顶煤,放出率均是前者高于后者,而对于下位顶煤,放出率相差无几。前者的这种优越性随着硬煤分层厚度和块度的增加而增加,并存在临界值,当硬煤分层厚度小于此值时,其增加缓慢;反之,急剧增加。从散体运动角度分析,前者使得支架尾梁上方散体顶煤的流动性相对增加和采空区侧矸石的流动性相对减弱,这有利于顶煤的放出。

大采高综放开采顶煤放出的煤矸流场特征研究

采用理论和散体模型实验分析了大采高综放开采放煤口参数、采放比、放煤工序和放煤步距对煤矸流场的影响.大采高综放开采煤矸流场特征主要表现为:1)支架移架使顶煤放落后顶煤层位线和煤矸分界线的斜率变陡,明显比普通采高条件下的斜率大;2)放煤过程中煤矸的流动速度变快,在相同放煤步距条件下,在采高水平上煤矸分界线与支架顶梁末端的距离缩小;3)受采放比、掩护梁角度和放煤口尺寸影响而易于混矸.合理放煤步距移架后放煤前的煤矸分界线应略偏后于尾梁下部边界.基于以上研究结果,确定了大采高低位综放开采给定采放比、放煤口尺寸和煤矸块度条件下最佳放煤工艺参数.