倾斜厚煤层综放工作面沿空掘巷窄煤柱宽度研究

针对沙吉海煤矿14E02倾斜厚煤层综放面沿空掘巷窄煤柱留设尺寸问题,采用理论分析、数值模拟及矿压实测的方法,确定了窄煤柱合理宽度,研究结果表明:基于内外应力场理论计算得出沿空掘巷窄煤柱宽度不宜大于6.42 m(上限),基于弹塑性极限平衡理论计算出窄煤柱宽度不宜小于3.96 m(下限);沿空掘巷数值模拟结果表明:4~5 m煤柱在掘进期间能够稳定,但在回采期丧失承载能力且极易引发巷道与煤柱联动性破坏,巷道维护极其困难;当煤柱宽度≥6 m时,窄煤柱在掘巷及回采期间均能形成稳定的弹性核,更利于巷道维护,窄煤柱合理宽度取6 m为宜,这与内外应力场理论计算得出的窄煤柱宽度上限值(6.42 m)基本一致,采用内外应力场理论确定沙吉海煤矿此类倾斜厚煤层综放面窄煤柱宽度较为合理;针对倾斜厚煤层综放面窄煤柱沿空掘巷破坏特点,提出了相应的围岩控制对策及支护方案。

缓倾斜厚煤层回风巷切顶成巷技术应用及优化

缓倾斜厚煤层回风巷切顶成巷技术是应用于煤矿工程中的重要技术,可以用于解决倾斜煤层回风巷施工中的困难和安全问题。本文对该技术的应用过程和优化方法进行研究和总结,旨在为煤矿工程施工提供参考和指导。

倾斜、急倾斜厚煤层俯斜放顶煤开采技术探讨

太平煤矿21#、15#煤层为俯斜~急倾斜厚煤层,从1965年建矿以来,采用过仓储式、中深孔爆破退采、普采走向长壁、综采走向长壁式等采煤方法。据统计,已回采的工作面,均存在开采难度大、掘进及支护困难、回采进度缓慢和回采率低下等情况。究其原因,主要是该煤层赋存情况复杂:厚度大、断层多、背向斜多等,造成工作面风溜道巷道不直、工作面长度变化大等。现探讨一种倾斜、急倾斜厚煤层俯斜放顶煤开采技术,采用俯斜放顶煤开采技术,具有操作简单、安全、高效、适应性强、成本低和大大提高回采率等优点,对煤矿倾斜、急倾斜厚煤层开采具有很好推广应用。

大埋深倾斜厚煤层下导水裂隙带发育高度的微震监测

以九龙矿15249S工作面为工程背景,利用微震监测技术对上覆岩层塑性区破坏变化规律及导水裂隙带发育高度进行监测,并结合理论计算、数值模拟与现场实测结果进行对比,验证微震监测较高的准确性。结果表明,微震监测结果更为接近现场实测数据。监测结果显示:工作面及其回采巷道上方130 m范围内,微震事件分布密集、能量较大,故该空间内上覆岩体破坏变形较为严重,裂隙较为发育;当超过130 m时,微震事件骤减,数量几乎为0;因此得到导水裂隙带发育高度为130 m。研究成果可为九龙矿的安全生产提供可靠参考,并为类似的大埋深倾斜厚煤层工作面提供一种有效监测导水裂隙带发育高度的方法。

倾斜厚煤层卸压瓦斯靶向区辨识及抽采关键技术

为了研究倾斜厚煤层卸压瓦斯靶向区演化规律的煤层倾角效应,运用物理相似模拟试验及理论分析相结合的研究方法,开展不同煤层倾角条件下采动覆岩卸压瓦斯靶向区裂隙演化规律的研究,得到了靶向区破断裂隙宽度、离层裂隙面积占比以及裂隙分形维数随煤层倾角变化的演化规律,进而建立了靶向区演化煤层倾角效应模型。结果表明:破断裂隙宽度呈现采空区两侧边界区域大于中部,低层位大于高层位的分布特征,同时破断裂隙宽度受铰接梁影响较强,随着煤层倾角的增大(0°<15°<30°),在第1层铰接梁所在层位上部邻近区域破断裂隙宽度相比下部邻近区域大幅度减小,仅有下部邻近区域的52.8%,64.3%以及71.1%;瓦斯运移优势通道带内离层裂隙面积占比呈现底部最大,顶部次之,中部最小的分布规律;上覆岩层裂隙分形维数整体呈现先减小后增大的现象;基于第1层铰接梁与裂隙分形维数极小值点所在层位两侧裂隙演化规律差异明显,将瓦斯运移优势通道带按空间层位上的高低依次划分为低层位靶向区、中层位靶向区和高层位靶向区。最后,基于采动裂隙椭抛带理论,在工作面侧瓦斯运移优势通道带基础上,建立了考虑煤层倾角因素的倾斜厚煤层卸压瓦斯靶向区空间形态数学方程,形成了靶向区卸压瓦斯抽采方法选择依据,为优化倾斜厚煤层工作面卸压瓦斯抽采布置参数提供参考依据。

倾斜厚煤层综放工作面伪斜长度与上隅角瓦斯浓度耦合机制研究

倾角煤层的开采,常伴随输送机上窜、下滑问题。一般通过增加伪斜长度来确保液压支架的正常移动,并为机头机位提供更多作业空间,但伪斜长度增加会影响架间和上隅角瓦斯变化,导致工作面出现瓦斯浓度异常现象。针对倾斜厚煤层开采中容易出现上隅角瓦斯超限的问题,应用Fluent数值模拟软件,分析不同伪斜长度下采空区瓦斯浓度分布规律,确定最优伪斜长度。为研究采空区瓦斯运移规律,应用Fluent数值模拟软件,在伪斜长度分别为20、25、30、35 m条件下对“U”型通风方式下的采空区瓦斯分布及流场情况进行研究。模拟发现:伪斜长度在一定程度上影响采空区内的风流,使得采空区内风流紊乱,瓦斯局部地区集聚严重,进而对采空区内的瓦斯分布及运移造成一定的影响。研究结果表明:工作面伪斜长度对于采空区瓦斯浓度分布有显影响,随着伪斜长度的增加,采空区内风流发生提前转向,导致采空区瓦斯提前向工作面涌出,瓦斯异常区从上隅角处逐渐向工作面偏移,上隅角瓦斯浓度逐渐降低。通过模拟结果对现场伪斜长度优化应用后,试验工作面在伪斜长度25 m左右时,上隅角、回风巷最大瓦斯体积分数均控制在1%以内,工作面未出现瓦斯异常积聚现象。模拟结果与现场观测结果吻合,得到最优伪斜长度为25 m。

基于微震监测的大埋深缓倾斜厚煤层底板破坏规律研究

以九龙矿为背景,利用微震监测技术对该矿15249S工作面进行长期动态实时监测,针对底板微震事件频次、累积能量与推进距离、破坏深度进行相关度分析,揭示了底板破坏带的空间分布特征,确定了底板破坏深度及破坏范围。结果表明,微震事件以近煤层弱事件为主,底板事件个数大于顶板事件,上顺槽底板事件个数大于下顺槽底板事件;受开采扰动影响,15249S工作面底板破坏程度逐渐加深,最终形成2个破坏带,在走向上呈“倒双峰”式分布;底板破坏深度总体上与微震事件频次及微震事件累计能量成正相关,底板最大破坏深度为25 m,无突水危险。研究结果为九龙矿现场安全生产提供支撑,并对类似大埋深缓倾斜煤层开采提供参考。

倾斜厚煤层仰斜综采工作面覆岩瓦斯缓渗区分域方法及分形特征研究

为研究倾斜厚煤层仰斜综采工作面覆岩瓦斯缓渗区的分域方法及分形特征,以分形理论和灰色理论为基础,采用平面物理相似模拟试验方法,开展了仰斜综采工作面覆岩瓦斯缓渗区裂隙演化规律研究,得到了覆岩瓦斯缓渗区的动态扩展规律,进而构建了覆岩瓦斯缓渗区精细分域方法,并采用灰色关联分析方法对覆岩瓦斯缓渗区沿横向(工作面推进方向)和纵向(垂直于煤层底板向上方向)分形维数与离层量、破断裂隙密度及应力集中系数之间的最大关联度分别进行确定。研究结果表明:覆岩瓦斯缓渗区在第一次周期来压后初步形成,其后每次周期来压时,覆岩瓦斯缓渗区两侧的垮落角均不断减小而宽度和高度均不断增大。具体表现为从缓渗区初次形成至缓渗区充分发育期间,缓渗区开切眼侧和工作面侧的垮落角分别从68.3°和76.2°减小到44.7°和53.5°;而缓渗区的宽度和高度分别从16.3 m和19.2 m增大到52.1 m和38.4 m。根据建立的覆岩瓦斯缓渗区分域准则及流程,结合灰色关联分析方法,得到覆岩瓦斯缓渗区沿横向和纵向分形维数变化均与离层量变化相关性最强(r_(1)=0.93,r_(1)^(*)=0.91),并通过试验验证了理论计算的准确性。因此,在后期确定卸压瓦斯抽采钻孔(巷道)终孔(巷)时,可通过现场观测离层量对覆岩瓦斯缓渗区边界进行判断,研究结果对采空区卸压瓦斯精准高效抽采具有一定的指导意义。

倾斜厚煤层沿空巷道变形破坏特征及支护控制技术研究

为解决倾斜厚煤层沿空巷道支护难题,以新疆硫磺沟煤矿(45)06工作面轨道巷为工程背景,根据巷道实际工程地质条件,运用FLAC^(3D)软件模拟研究沿空巷道4 m和7 m小煤柱情况下的围岩变形破坏特征,巷道围岩呈现出明显的非对称变形破坏,尤其是沿空小煤柱侧帮部和顶板肩窝变形严重,进而揭示了倾斜厚煤层沿空巷道变形破坏特征。基于此,提出了倾斜厚煤层沿空巷道围岩深部+浅部+表面多层次支护控制技术,对现有支护方案进行了优化。数值模拟和现场试验结果表明,该支护方案实施后巷道围岩变形控制效果显著,特别是煤柱侧变形破坏的有效改善,确保了巷道的安全使用。

四台矿80207工作面急倾斜厚煤层采煤方法优化应用研究

以四台矿80207工作面为研究对象,针对80207工作面属于急倾斜厚煤层,且为短壁工作面,采用水平分段滑移支架采煤技术,并分析得到该工作面的最佳回采工艺参数为:割煤、放煤高度2、8 m,一刀一放,单轮顺序放煤,且巷道沿顶底板平行布置。经应用结果表明:采用水平分段滑移支架放顶煤法,80207工作面的顶煤回采率均在90%以上,且相比于水平分层法,不仅提升了工作面机械化,且人工的工效率增长大于600%。

急倾斜厚煤层水平分层放顶煤工作面瓦斯涌出量预测问题探究

在我国煤炭产量和探明储量中,急倾斜厚煤层所占比例较小,对水平分层放顶煤采煤工艺的急倾斜厚煤层矿井瓦斯涌出量预测方法的研究还不够深入,工作面瓦斯的来源不同于倾斜、缓倾斜煤层,主要源于本煤层下部煤体。随着急倾斜厚煤层水平分段放顶煤采煤工艺的推广,研究其工作面瓦斯涌出对完善瓦斯涌出量预测方法具有重要意义,是预测与研究未来工作面瓦斯涌出量的趋势。

缓倾斜厚煤层综放开采顶煤采出率数值模拟

建立了缓倾斜厚煤层综采长壁放顶煤二维颗粒流模型(PFC2d,Particle Flow Code-2d),根据实际生产情况,设计了16个正交实验。通过对试验数据进行回归分析,得出了顶煤厚度、顶煤垮落角、放煤步距、支架尾梁摆角与顶煤采出率的关系;运用方差分析法,将4个因素对顶煤采出率影响的显著性进行了研究,得出了顶煤垮落角对顶煤采出率影响特别显著,顶煤厚度、支架尾梁摆角对顶煤回收率影响比较显著,放煤步距对顶煤采出率的影响显著性较小的结论。

淮南矿区急倾斜厚煤层综合机械化开采技术

为在急倾斜松软厚煤层分层综采中达到安全高效开采目的,通过对李嘴孜矿3232(3)工作面开采条件及急倾斜煤层综采技术经验分析,提出了综采设备选型配套方案,据生产实践对该工作面瓦斯综合治理、回采工艺及顶板控制等情况,特别针对工作面收作时煤层倾角达53°,改进创新了工作面综采设备拆除新工艺。试验结果表明:所选工作面"三机"配套设备满足急倾斜厚煤层综采要求,回采期间平均月产4.26万t,较炮采每月多采煤2万t,工作面收作拆除综采设备时采取了合理布置绞车、强化底板、设置滑道和防飞矸挡墙、交替拆除设备等措施,实现了安全快速拆除。

急倾斜厚煤层短壁综采矿压显现规律研究

针对木城涧煤矿急倾斜厚煤层短壁开采特殊地质和技术条件,通过调研和现场实测,并应用理论分析、数值计算,系统地探讨了急倾斜厚煤层短壁综采工作面的矿压显现规律,确定了合理的支架工作阻力及超前支护距离,并对现场应用效果进行分析。

急倾斜厚煤层102m阶段煤体综放开采煤体致裂综合分析

急倾斜高阶段煤体综放开采技术复杂,结合神新公司苇湖梁煤矿+579E2EB1+2急倾斜(64～69°)厚煤层(32.9m)高阶段(102m)综放工作面顶煤超前预爆破综放开采实践,运用爆破理论分析了孔内爆破的裂隙圈半径与临界抵抗值,采用RSM智能松动声波检测仪和YS(B)光学钻孔窥视仪对弱化煤体孔壁滑行波及爆轰气体应力场产生的径向裂隙等全面检测,辅以弹性波CT成像分析,继续追踪模拟高阶段上位顶煤破裂情况,综合分析表明:爆后除尚存有少量三角煤及顶煤结构外其它范围煤体破裂充分,理论分析与实践检测基本相符,并对爆破后支架最大工作阻力进行了分析对比,急斜高阶段煤体超前松动致裂效果显著。

急倾斜厚煤层综放开采顶煤采出率分布规律研究

为掌握急倾斜厚煤层综放开采顶煤采出率的分布规律,提高急倾斜煤层资源采出率,采用顶煤放出三维散体相似模拟、数值模拟和现场观测相结合的方法,从顶煤放出体发育形态和煤岩分界面演化特征的角度,深入分析了采出率分布规律和机理。结果表明:急倾斜厚煤层综放开采顶煤采出率沿煤层倾向呈"几"字形分布,顶煤放出体向工作面上端头发育趋势明显,放出体"枣核状"形态和煤岩分界面非对称性的相互作用导致的上下端头煤炭损失差异,是急倾斜厚煤层综放开采顶煤采出率呈"几"字形分布的根本原因,并通过数值计算和现场实测验证了顶煤采出率呈"几"字形分布规律。

急倾斜厚煤层走向长壁综放开采支架稳定性分析

针对急倾斜厚煤层走向长壁综放开采中支架参数设计问题,根据工作面支架与围岩关系特点,分析了支架侧护板抗挤压能力的重要性;结合"下行动态分段、段内上行放煤"的采放工艺,通过支架受力分析建立了平衡方程,分别计算出了段内支架侧护板抗倾倒和抗下滑受力大小;以大远煤业1201急倾斜工作面为背景建立PFC2D计算模型,得出了保持支架稳定的侧护板抗挤压能力为763 k N,验证了现场所用ZFY4800/17/28型综放支架的可靠性;对影响支架稳定性的各因素进行了分析,提出了在急倾斜走向长壁综放开采工作面应采用大宽高比、低重心、低重量综放支架,应合理控制采高、工作面倾角以及增大支架与顶底板间摩擦等措施,以减小支架发生倾倒下滑的可能性,确保支架侧护板可以发挥良好的导向、调架功能。

急倾斜厚煤层综放开采覆岩运动规律研究

针对默勒二矿主采煤层厚、倾角大等复杂条件,通过相似材料模拟试验和数值模拟方法研究了放顶煤开采时工作面的矿压显现及上覆岩层运移规律。物理模拟直观反映了工作面开采中煤层顶板的运移特点与支承压力分布,数值模拟反映了巷道及采场周围的塑性范围和应力分布,研究结果对类似条件下的急倾斜厚煤层综放工作面的安全开采有一定的指导意义。

急倾斜厚煤层中分层开采冲击地压发生机理及防治技术

针对东峡煤矿急倾斜厚煤层分层开采的中分层冲击地压频发问题,采用立体分布的微震监测台网,通过震源空间精准定位方法确定了矿震震源集中于底板岩巷和其分布趋势线与最大水平应力方向垂直的规律,确定中分层冲击地压是由上分层开采引发最小主应力(竖向)减小使强构造应力下底板岩石达到莫尔剪切破坏极限状态引发,进而提出了针对底板岩石的爆破防冲措施。工程实践结果表明:定期采用合理的底板爆破药量,可有效降低震动频次和能量,避免冲击地压的发生。

急倾斜厚煤层走向长壁综放开采技术

针对急倾斜(38～ 49°)厚煤层的开采普遍存在效率低、效益差的问题,系统地对大倾角综放煤层开采设备研制、巷道及工作面布置、矿压显现规律、回采工艺以及安全保障技术等进行了试验研究.结果表明,该项技术应用于实际工作面经济效益显著.工作面单产达9.71万t/月,回采工效45 t/(d·工),采出率82.27%,吨煤成本较水平段放顶煤降低46元/t.