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.

胡家河煤矿综放工作面矿压显现规律预测及主控因素研究

现有工作面矿压显现规律预测方法中,基于数值模拟与统计回归的方法无法实现对工作面矿压显现规律的实时精准预测,深度学习方法存在超参数较多且难以设置、模型训练速度慢等问题。针对上述问题,以胡家河煤矿402102回采工作面采动过程中监测到的煤体内部应力变化时序数据为基础,将基于粒子群优化的门控循环单元(PSO-GRU)应用到回采工作面矿压显现规律预测中。采用PSO算法对GRU进行优化,构建PSO-GRU模型,实现对超参数的自动寻优,从而提高GRU的训练速度和预测精度。以预测结果为依据,采用层次分析法建立402102回采工作面矿压主控因素评价指标体系,将顶板条件、回采工艺、煤层赋存、地质构造确定为影响工作面矿压的一级指标,进一步细分出具有代表性的14个二级指标。测试结果表明:(1)与未经优化的GRU模型相比,PSO-GRU模型的均方误差(MSE)降低了83.9%,均方根误差(RMSE)降低了59.8%,平均绝对误差(MAE)降低了59.0%,决定系数R2提升了28.9%。(2)PSO-GRU模型对矿压数据预测的拟合度达0.980以上,具有良好的非线性拟合能力和泛化能力。(3)地质条件中的煤层赋存因素对回采工作面矿压的影响最大,权重为0.47;可人为干预的影响因素中工作面推进速度对矿压的影响最大,权重为0.13。

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。

工作面通风技术的优化及效果分析

通过分析矿井综放工作面供风实例中上行供风方案存在的问题,并对上行、下行通风方式的可行性进行对比论证,决定采取下行通风方式,对原有工作面通风系统结构进行优化。通过现场验证发现,下行通风方式在工作面降尘、抑制采空区自燃发火等方面存在显著优势,适用效果更优。

初采期爆破放顶技术优化研究

爆破放顶技术是煤矿初采期间所需进行的一项重要工作,该工作危险性高、关系着放顶后的瓦斯体积分数,所采用的技术是否合理与初采期间瓦斯治理工作、初采结束时间密切相关。但目前通用性的爆破放顶技术与不同情况的现场直接适应性存在差别,因此本文以寺河煤矿目前所开采的3#煤层为研究对象,针对综采工作面不同类型的顶板分别研究,改进了现有爆破放顶技术的工艺流程及技术细节,并开展了现场试验。结果表明:采用优化后的爆破放顶技术,爆破后CO体积分数下降30%,老顶来压提前了10~15 m,初采时间由20天缩短至15天左右,缩短了约25%,技术更加安全、高效,初采期间瓦斯治理效果提升,确保了工作面初采期间高产高效,产生了明显的经济效益。

特厚煤层综放工作面超前支护评价分析

针对特厚煤层综放工作面巷道超前支护难题,以古城煤业有限公司Z107综放工作面为工程背景,对该工作面超前支护25 m范围内单体支柱工作压力进行计算分析。分析结果表明,在该工况条件下,工作面超前10 m范围内采用“一梁三柱”支护方式;工作面超前后15 m范围内,采用“一梁两柱”的单体支护形式。经验证,该支护方式满足现场安全生产需求。

综放开采顶板弱化实践应用

硬质顶板煤层回采作业期间采空区易形成大面积悬空状态,为避免因冒落导致的安全事故发生,本文以山西省某煤矿2301综放开采工作面为例,结合实际情况选择合理的顶板弱化技术进行现场应用,并实时探测记录顶板岩层来压情况。探测结果表明煤层顶板岩层来压步距下降明显,弱化效果显著,对该综放开采工作面安全生产具有重要意义。

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。

袁大滩煤矿超长工作面覆岩两带发育规律研究

针对超长工作面采动影响下覆岩两带发育规律,以袁大滩煤矿工作面为背景,采用理论分析与离散元的3DEC数值计算软件相结合的方法,研究该条件下覆岩裂隙的分布特征与两带发育规律。结果表明,根据理论计算,得到2号煤层工作面不同采高下2种经验公式的两带发育高度,得出随着工作面采高的增加,工作面采后的导水裂隙带高度逐渐增加,但其裂隙高度的递增幅度逐渐减小的规律;通过3DEC数值模拟,11207超长工作面采高每增加0.2 m所得导水裂隙带高度约增加2.01~3.05 m,超长工作面采高越大,开采高度增加引起裂隙发育高度增幅越小。数值模拟与理论计算基本一致且相互印证。工作面实际开采过程中工作面的开采高度逐渐减小,裂隙带发育高度逐渐降低,覆岩位移量逐渐减小,集中应力逐渐减弱,开采初期需要加强监测,增强防护措施。

煤矿综放工作面旋转开采及其应用研究

受采区边界与断层的影响,按照常规对齐布置工作面切眼,将导致整个采区大量煤炭资源的损失。为最大限度地回收资源,以东滩煤矿1310工作面为研究对象,制定了一套合理的旋转开采方案,对刮板输送机上窜下滑控制、支架控制与输送机搭接、顶板控制等旋转开采关键技术进行分析,总结适用现场的工作方案。通过实地应用,该方案有效保障了工作面的正常回采,与常规布置相比,仅一个工作面就多回收煤炭资源6万t,提高了煤炭资源的回收率,取得了良好的社会效益和经济效益。

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。

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。

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。

不规则块段综放工作面高效回采技术研究

综放开采是厚及特厚煤层开采的一种高效方法。在一些特殊情况下,综放工作面并不能规则布置。因此,如何实现不规则块段综放工作面的高效回采是一个重要的课题。以铺龙湾煤矿8102综放工作面为例,重点分析了综放工作面的调斜、扩采和缩采施工方法,可以为不规则块段综放工作面的高效回采提供一定的技术参考。

补强锚索在综放工作面回采巷道超前支护方式中的应用

回采工作面巷道超前支护段在高应力作用下容易发生变形破坏,其围岩的稳定性对工作面正常通风、运输、行人具有重要意义。随着装备技术水平的提高,回采巷道超前支护区域常采用液压支架进行加强支护,由于超前液压支架随着工作面推进需要频繁“升-降”支架,在破碎巷道顶板中容易加剧顶板破碎程度,严重影响支护效果。本文提出补强锚索支护方式代替超前液压支架,采用理论计算结合FLAC3D数值模拟的方式对补强锚索支护参数进行确定,并在红岭煤矿1505工作面回风巷超前支护段进行应用,保证了1505工作面安全回采。该技术为同类地质条件的综放工作面超前支护方式研究提供借鉴。

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。

基于虚拟现实技术的综放工作面仿真研究

为了实现矿井环境可视化,研究基于虚拟现实技术的综放工作面仿真。创建虚拟场景内部综放设备的数据库,结合纹理映射技术实现场景的真实化处理,将虚拟场景内综放设备的文本信息以及仿真过程中的设备信息储存至二维数据库,场景内可见的全部目标与其对应位置关系储存至三维场景数据库,通过ODBC方式实现数据库通信,利用OpenGL在人机界面显示中文信息。实验结果表明方法能够清晰、逼真地展示矿井下的作业环境,提升综放工作面内综放设备运动行为的仿真准确率,并且可以快速、准确地规划路径,保证矿井人员在最短路径内逃生。

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。

深部综放工作面巷道底鼓控制技术研究

深部综放工作面回采巷道面临围岩变形量大问题,特别是巷道底板为承载能力偏低的软岩时,在采动压力、地应力等多因素叠加作用下容易出现底鼓量大问题。以21303综放工作面回风巷底鼓控制为背景,在对底鼓原因分析基础上提出综合采用卸压孔+底板注浆+强化围岩支护方式控制底鼓,在实体煤帮布置2个孔深8 m的大直径卸压孔、在底板中部布置1个孔深4 m的大直径卸压孔;在巷帮、顶板分别增设锚杆、锚索补强加固,底板布置2个注浆孔注浆。现场应用后,21303综放工作面回风巷底鼓问题得以较好解决,底鼓量最大控制在106 mm mm以内,可满足巷道使用需要。