Longwall Top-Coal Caving in Thinner Thick-Seam and Research on Light Hydraulic Support

The application of light hydraulic support highlights the advantages of longwall top-coal caving (LTC) in thinner thick-seams (3. 0~ 5. 0 m). Considering the problems in practice, the developing of its new series will promote the mining of LTC with light hydraulic supports. Some relevant technical problems of the caving technology and the future of this series of supports are analyzed in this paper with several new opinions.

托顶煤巷道锚固“梁-拱”结构分类及顶板冲击失稳机制

我国煤矿托顶煤巷道冲击地压频发,且冲击动载下顶板灾害尤为严重。为探究托顶煤巷道顶板锚固结构类型和冲击失稳机制,以陕西某矿301工作面回风巷道大面积冲击垮顶为工程背景,运用相似实验、理论分析及数据统计等方法,分析了托顶煤巷道围岩应力、位移和巷表加速度的动载响应特征,研究了顶煤厚度与支护构件影响下顶板锚固结构的分类特征,探究了弹性波下托顶煤巷道的应力响应机制,提出顶板锚固“梁-拱”结构的冲击失稳机制,评估了301工作面回风巷道的抗冲能力,并提出了相应的抗冲支护优化方案。结果表明:①冲击动载下托顶煤围岩应力和位移等监测数据验证了顶板存在内、外层的梁或拱形锚固结构,因顶煤厚度增加,顶板内层锚固结构存在由“梁”向“拱”的转换;②基于顶煤厚度与支护构件相对关系,将顶板锚固结构划分为薄顶煤的“叠加梁-拱”、厚顶煤的“组合梁-拱”和特厚顶煤的“组合拱”,建立了厚煤梁由“梁”向“拱”转化的临界厚度指标;③顶板锚固梁结构和锚固拱结构的冲击失稳机制为动静载荷下分别达到其拉伸、剪切强度极限后破坏,锚固“梁-拱”结构对冲击载荷的放大效应受其尺寸影响明显;④特厚顶煤的“组合拱”结构中内层拱承载强度较低,可增加锚杆长度提升内层拱厚,对应的“组合拱”结构的承载能力上升明显,与抗冲能力评估结果相符。

松软破碎厚顶煤大跨度切眼变形破坏特征与控制技术

安阳主焦煤矿大断面切眼常采用被动支架沿顶布置,围岩变形量大、易漏冒,工人劳动强度大。针对上述问题,采用数值模拟方法研究了裂隙发育、位移和应力分布与切眼跨度之间的关系,提出了围岩控制策略和支护方案。结果表明,随着切眼跨度的增大,围岩塑性区范围逐渐增加,顶板以剪切滑移或拉剪破坏为主,两帮以泊松效应膨胀拉伸—剪切破坏为主;顶板下沉量、巷帮内挤和底鼓量均逐渐增大;顶煤、直接顶和基本顶部分岩层逐层渐次移动,顶板部分区域出现较大的裂隙,冒落拱以上深部顶板发生整体移动;巷道顶底板中有害拉伸应力区域范围呈现拱形分布,且逐渐增大。根据切眼围岩变形破坏特征,提出了高强度、高刚度、高预紧力的强力支护和被动单体液压支柱补强的主被动联合支护方法。现场工业性试验表明,切眼围岩得到了有效控制,可为类似裂隙发育托顶煤大断面切眼围岩控制提供参考。

高偏应力煤巷围岩拉剪破裂特征及分区控制方法研究

为获得高偏应力巷道围岩拉剪破裂特征并提出优化支护方案,以山西某矿孤岛工作面为背景,采用理论分析、数值模拟、相似模拟相结合的研究手段,分析了高偏应力条件下巷道围岩拉剪破裂分布特征及演化规律,揭示了托顶煤巷道围岩拉剪破裂机制,提出了高偏应力条件下巷道围岩沿掘进方向的全长分区控制方法。研究结果表明:(1)当侧压系数λ为0.60时,巷道围岩两帮呈“楔形”破坏,顶底出现明显卸荷并在巷道围岩四角点处产生应力集中;侧压系数λ逐渐减小至0.24的过程中,巷道围岩以两帮破坏为基础,在剪切应力作用下“蝶叶”逐渐发育,并最终形成蝶形破裂。(2)开挖破坏区围岩的浅部存在拉剪混合破裂区域,以张拉破裂为主;围岩深部为剪切破裂。围岩破裂演化过程可划分为3个阶段,分别为环自由面的自身破坏阶段、“蝶叶”孕育扩展阶段和“蝶叶”扩展稳定阶段。(3)定义了基于巷道全长分区的应力阈值,提出了掘进巷道全长分区支护方法,可为后续采煤工作面巷道的差异化支护提供理论参考。

放煤过程中液压支架顶梁动态载荷演化特征试验研究

接触式煤矸识别需要研究综放开采液压支架顶梁承载特性,但现有研究大多重点关注放煤前后的支架承载特性或在给定载荷情况下支架的力学响应特征,忽略了对放煤过程中载荷变化的深入探究。针对上述问题,搭建了放顶煤支架动态载荷相似模拟试验平台,借助散体颗粒模拟破碎煤矸块体,反演了综放工作面放煤过程,利用薄膜压力传感器采集支架顶梁压力,分析了放煤过程中顶梁动态载荷演化特征。试验结果表明:①顶煤的放出对支架顶梁载荷产生了较为明显的影响,即随着顶煤放出,支架顶梁载荷整体呈先增大后减小最终稳定的演化规律。②沿顶梁长度方向,支架顶梁距离掩护梁越远的位置受顶煤放出的影响越小,主要表现在距离掩护梁越远,顶梁载荷峰值相较初始值的增幅越小,且达到载荷峰值所需的时间越长。③沿顶梁宽度方向,由于顶煤的放出过程受到了约束边界或流动过程不均衡性的限制,顶梁不同位置的载荷峰值具有差异性,顶梁载荷峰值相较初始值的增幅最大值达到了最小值的2.4倍。

ZF14000/25/38D型液压支架液压系统设计研究

通过对某煤矿3203综放工作面液压支架设备配套情况分析,针对工作面低位放顶煤液压支架运动情况,设计了ZF14000/25/38D型电液控放顶煤液压支架液压系统。从液压支架使用情况分析,针对不同执行元件的动作,对液压回路进行设计,为放顶煤开采提供安全保证。

基于压缩感知的液压支架声源定位识别方法

针对当前液压支架放煤过程中落煤时间和落煤量监测主要依赖于人工观察、自动化程度不高的问题,提出了一种基于声源定位的落煤状态识别方法,通过声源的识别与定位得到当前落煤的液压支架位置与落煤状态。设计了基于STM32的声音传感器阵列的数据采集系统。针对传统算法识别宽带信号和多声源定位困难的问题,采用基于压缩感知的多声源宽带定位算法,通过对信号进行分解得到不同频带的定位结果。仿真结果表明,该方法能准确识别170台液压支架落煤声源位置,在信噪比(SNR)为-5 dB时双声源识别率达到98%。

切顶卸压留小煤柱护巷技术研究与应用

针对综放工作面留小煤柱巷道围岩变形破坏严重的问题,结合付家焉煤业10102回风顺槽实际工况,对采用切顶卸压留小煤柱护巷技术进行研究应用,可以快速平衡和转移工作面回采形成的支承压力,缩短了等待采空区稳定的时间,快速进行下一工作面的巷道掘进,有效缓解接替紧张的压力,实现快速布置工作面,提高了效率。

煤矿综放工作面矿压显现规律与切顶压架预警指标分析

煤矿特厚煤层综放开采时受技术装备等条件限制,放顶煤时由于顶板松散程度较高难以形成稳定结构,导致工作面顶板更容易大面积切落,瞬间冲击支架,损坏液压支架结构,严重影响矿井安全高效生产。以不连沟煤矿F6218综放工作面为工程背景,通过实测数据分析了工作面支架初撑力、安全阀开启情况及工作阻力频率等支架基本工况,揭示了工作面矿压显现规律,建立了适合该矿的切顶压架灾害预警指标体系。结果表明:不连沟煤矿预警指标界限分别为循环增阻率40 kN/min、安全阀开启率50%、动载系数1.4、活柱下缩量500 mm、支架前柱不低于25 MPa,前柱合格率不低于90%;后柱不低于20 MPa,后柱合格率不低于90%。

煤矿液压支架静力学分析及优化研究

基于现有煤矿液压支架结构特征,构建液压支架有限元分析模型,并由此开展煤矿液压支架静力学仿真分析。根据分析结果,结合MATLAB工具实施液压支架结构优化,最终将结构优化设计方案应用于工程实践。

半煤岩巷道掘进方案及支护设计

为解决采掘不协调影响煤矿生产效率的问题,针对薄煤层工作面的掘进需求,基于不同掘进方式对应的应力集中情况对比得出了挑顶的最佳、高效掘进方式;根据现场围岩条件确定采用炮掘方式并确定了相关参数;完成了掘进工作面的支护设计,采用锚杆+锚索联合支护方式。实践表明,针对半煤岩巷道采用挑顶+炮掘的综合方式极大地提升了掘进效率,达到了快速掘进的效果。

大坡段俯斜开采综放工作面运输机窜动及防倒架管理

为了研究运输机窜动控制及防倒架管理方法,分析、探讨控制运输机窜动的主要原因,结合综放工作面设备结构和采场条件,研究综放工作面运输机上窜下滑控制及架型调整的具体方法。结果表明,除了常用的“伪斜法”辅以“单向推溜法”控制运输机窜动以外,还要做好日常架型的管理,以及介绍架型管理及防倒架的具体方法,对综采工作面运输机上窜下滑、架型管理及防倒架管理具有借鉴意义。

红庆梁煤矿弱胶结地层煤巷锚网支护研究

由于鄂尔多斯红庆梁煤矿3-1煤层顶板岩层胶结性差、强度低、遇水泥化,11301辅助运输巷道存在沿顶掘进初期顶板变形量大、后期顶板表面开裂问题,为了加强巷道稳定性,采用现场调研、室内试验及理论分析方法,分析巷道破坏特征及控制机理,提出沿底掘进留顶煤锚网支护方案,并获得了较好的工程试验效果。研究结果表明:3-1煤层顶板泥质弱胶结软岩强度低、岩层破碎、裂隙发育范围大,沿顶掘进锚网主动支护作用差,导致巷道围岩渐进破坏失稳;煤层弹性模量及强度参数均大于泥岩及砂质泥岩层,能与上覆岩层变形保持一致,提供支撑力,利于发挥岩层自承能力;通过发挥锚索支护、减跨作用,巷道顶板稳定性提高。

平衡千斤顶对放顶煤两柱掩护支架适应性的作用

针对两柱掩护式支架在放顶煤工作面出现的因位态不合理而引起支架围岩状态恶化的情况,对平衡千斤顶在放顶煤两柱掩护支架适应性的作用进行了探讨.采用理论分析及现场实测的方法研究了支架位态、支架稳定性、工作面端面顶煤的稳定性及四连杆受力与平衡千斤顶工作方式及工作阻力之间的关系.分析结果表明,通过平衡千斤顶可以控制移架过程中顶梁仰角的变化,并可调节支架各部位受力以适应放煤过程中顶梁外载的变化,从而提高了两柱式支架对放顶煤工作面围岩活动规律的适应性.研究结果对于现场操作及新架型的改进都有一定的指导作用.

大断面托顶煤巷道支护参数优化研究

针对大断面托顶煤巷道,通过采用数值模拟及现场监测对王庄煤矿7105运输巷道进行了支护参数的优化研究,得到了合适的支护参数,并对其支护效果进行了监测。观测结果表明,该支护方案有效地控制了运输巷道围岩变形,很好地保证了大断面托顶煤巷道的安全,为今后的类似巷道提供了参考。

放顶煤液压支架的创新与发展

回顾我国放顶煤技术的发展历程,介绍了我国放顶煤液压支架的创新成果,着重阐述我国放顶煤液压支架的最新发展、大采高放顶煤液压支架的应用及其采用的关键技术,如:专利技术新型双四连杆中通式大空间支架稳定机构、抗冲击立柱、支架稳定性措施及煤壁片帮控制措施等。分析了新型分体组合式直线型放顶煤液压支架的特点及其适应性和稳定性,并提出放顶煤液压支架发展的方向应为:发展两柱放顶煤液压支架、轻型放顶煤液压支架、大采高放顶煤支架、浅埋深厚煤层放顶煤液压支架和深部矿井厚煤层放顶煤液压支架等。

锚网索联合支护在大断面托顶煤切眼中的应用

在介绍锚网索联合支护机理的基础上,综合分析综放大断面切眼围岩破坏的机理及其主要特征,并阐述了其支护重点。同时结合锚网索联合支护在龙固矿井首采1301N工作面切眼支护中的成功实践,论证了锚网索联合支护在综放大断面切眼支护中应用的可靠性,为同等条件下的应用推广提供借鉴。

基于分区支承力学模型的综放工作面顶板矿压演化与压架预测

为预测综放工作面压架灾害,在综放顶板分区支承力学模型基础上,提出了综放工作面大采厚顶板矿压演化计算方法和支架压架判据,编制了相应的计算程序,分析了综放工作面顶板矿压演化规律,研究结果表明:①综放工作面顶板矿压演化包括4个阶段,分别为缓慢增阻阶段、顶板断裂阶段、快速增阻阶段和失稳阶段。②缓慢增阻阶段顶板沉降量小,支架增阻量小,顶板来压不强烈;快速增阻阶段顶板沉降量大,支架增阻显著。③顶板断裂阶段是矿压从缓慢增阻向快速增阻转变的过渡阶段。顶板煤壁前方断裂时,顶板的边界条件改变,顶板来压剧烈,支架增阻量大,易于引起安全阀开启,若顶板沉降量超过支架活柱允许压缩量,引发大面积切顶压架事故。④当工作面推进至断裂线处,顶板失稳,支架急增阻,若垮落覆岩作用于支架上的荷载超过支架额定工作阻力,安全阀开启,易于引发大面积压架事故。⑤支架额定工作阻力和初撑力设计应遵循的原则是:在缓慢增阻和快速增阻阶段,支架承担的荷载不超过支架额定工作阻力;在顶板断裂阶段,支架应具有足够的可压缩空间卸位让压;在失稳阶段,支架应具有足够的额定工作阻力承担垮落覆岩作用荷载。⑥酸刺沟煤矿6105-2综放工作面采用ZF15000/26/42四柱支承掩护式支架,初撑力10800 kN,支架额定工作阻力不足,易于发生大面积压架事故。

伪倾斜整体顶梁悬移支架放顶煤工艺应用研究

为了解决新疆拜城大宛其煤矿生产中原伪倾斜柔性掩护支架采煤法生产能力不足等问题,根据其煤层赋存情况和地质条件,对伪倾斜整体顶梁悬移支架放顶煤采煤工艺进行了研究。在A5主采煤层中应用该工艺,工作面伪倾斜布置,并安装整体顶梁组合悬移支架。采用爆破法推进工作面,每推进3个循环,进行1次放顶煤。现场试验的结果表明,该工艺对煤层厚度变化适用性较强,回采效率显著提高,工作面的生产能力达到了设计要求的35万t/a。

千万吨矿井群综放智能化开采设备关键技术

为了提高千万吨矿井群智能化开采水平及综合协调管理水平,以同煤集团千万吨矿井群开采实践为基础,明确了千万吨矿井群的定义,研究了基于电液控制系统的综放工作面记忆割煤、自动跟机移架、智能放煤技术,分析了基于云计算技术的千万吨矿井群综放智能化开采系统,编制了千万吨矿井群装备系列型谱。研究结果表明:采煤机记忆截割、支架自动跟机移架、智能放煤技术是实现综放工作面智能化开采的基础。云计算技术较好地解决了千万吨矿井群综放智能化开采系统存在的数据量大、处理复杂等问题。通过编制千万吨矿井群装备系列型谱,可以实现矿井群之间设备的统一管理与调配,大幅提高了设备的使用效率。