高瓦斯大采高超长综放工作面生产技术研究

为实现煤炭安全高效回采,潞安矿区屯留煤矿在S1201工作面采用大采高超长综放生产技术。通过对6种循环作业方式的分类和计算机模拟,确定了采用一刀一放端部斜切进刀双向采煤,并由一端向另一端放煤。在循环方式选择的基础上,对工作面工艺参数的选取进行了研究。

大采高超长综放工作面采场矿山压力控制技术研究

综采放顶煤工作面采高的增大,会引起支护高度相应加大,支架重心提高,使支架容易发生滑倒与倾斜。采高增大造成煤壁高度加大,在矿山压力的作用下容易发生较大范围和深度的片帮。支架稳定性降低与煤壁片帮增加了端面冒顶的危险性,因此支架、煤壁及端面顶煤的稳定性控制技术成为大采高综放工作面的高产高效回采的基本保障。

高瓦斯松软厚煤层大采高超长综放工作面高产高效技术研究

介绍了山西潞安矿业集团余吾煤业有限公司S1201工作面大采高超长综放工作面合理长度的确定,及能发挥其生产效能的工作面设备的正确选型配套。

高瓦斯矿井大采高超长综放工作面开采技术实践

为实现高效开采,屯留煤矿投产后在S1201工作面采用280m长大采高超长综放回采技术。通过对6种不同循环作业方式进行合理的采煤工艺对比分析,得出矿井宜采用一刀一放端部斜切进刀双向采煤,并由一端向另一端放煤的回采方式进行开采。实现了综放日产1.5～2.0万t的高效生产水平,回采的平均工效达199.8t/工,比以往180m长综放工作面回采工效120.8t/工(国际先进水平)增加79.0t/工,增长率为65.8%。

厚煤层大采高综放工作面覆岩断裂演化规律研究

大采高综放开采易形成强烈的矿压显现,上覆岩层的断裂演化规律对工作面安全生产至关重要。以羊场湾煤矿160206工作面为工程背景,运用相似模拟试验、数值模拟和理论分析的综合研究方法,对大采高综放工作面覆岩的断裂过程与覆岩运移规律进行系统研究。研究表明:导水裂隙带内岩层随工作面推进表现为“台阶下沉”,同层岩层下沉趋势沿走向表现为“急剧下降—稳定(最大值)—快速上升—稳定(最小值)”。工作面覆岩运动场由两区分布(加速下沉区、缓慢下沉区)演化为三区分布(加速下沉区、缓慢下沉区、稳定区)。对离层演化与地表下沉规律进行了定量描述,运用理论计算表达式深入地剖析了地表的动态下沉机理及其相关因素。结合相似模拟与数值模拟的试验结果,提出了覆岩断裂演化的形态变化特征:覆岩断裂形态由“单等腰梯形”演化为“双等腰梯形”,表土层影响区由“矩形”演化为“倒梯形”。分析了覆岩中垮落区、离层区、压实区、裂隙富集区的动态演化过程:垮落区逐渐增大至一定程度,高度小幅度降低并趋于稳定,离层区由下至上逐渐发育并随工作面向前移动,离层区逐渐闭合形成压实区,且压实区逐渐增大并最终保持稳定,裂隙富集区位于采空区前后端部并随工作面向前移动。

超高与超长工作面高效综采关键技术及装备发展现状与展望

煤炭作为我国经济发展的重要能源支撑,未来一段时间内,其在能源消费中仍将保持主导地位,随着相关技术装备的不断发展,我国部分矿井已实现单井单面产量突破千万吨,煤炭资源安全高效开发是我国未来科技发展的重要方向。依托国家重点研发计划项目“煤矿超高与超长工作面高效综采关键技术及装备”,以超高与超长工作面高效开采为核心,介绍了国内外超高与超长高效综采工作面的岩层控制理论、技术与综采装备发展现状,围绕“超大开采空间全覆岩三维动态破断规律与超高煤壁失稳破坏机理”“超大开采空间强矿压覆岩结构改造及其应力调控机理”“多重动载作用下超高与超长综采装备群动态响应及高效智能协同作业机制”三大科学问题,开展“超大开采空间全覆岩破断运移机理及围岩协同控制理论”“超大开采空间强矿压区域压裂卸压技术与装备”“超高与超长工作面智能开采成套装备”“超高与超长工作面装备群智能协同控制技术与装备”“超高与超长工作面高效综采工程示范”5项技术攻关。实践表明,我国部分超高与超长采煤工作面已形成成套技术及装备体系,为我国地质条件较为简单的厚煤层及中厚煤层矿区煤炭资源的安全、高效、绿色开采提供了可靠保障。指出了我国超高与超长高效综采工作面理论技术与装备及其控制的发展方向。

注氮条件下大采高综放工作面采空区自燃“三带”的分布规律

为解决大采高综放工作面因采高大、回采率低、开采扰动强等造成采空区遗煤自燃危险性增大的问题,以宁夏某煤矿大采高综放工作面为研究对象,应用渗透率演变方程和气体流动模型,分析注氮前后氧浓度时空演化规律及采空区自燃“三带”分布特征。结果表明:采空区氧浓度在注氮条件下呈现出中部大,两侧小的倒“U”型分布;在氧浓度划分下,氧化带范围呈现出先增大后减小的半月形,最大宽度由未注氮时的100 m缩小到50 m;在风速划分下,氧化带较未注氮时整体向工作面方向前移了15 m左右,有效降低了自燃危险区范围。

近距离采空区下综放工作面安全高效回撤工艺研究

综放工作面由于设备多、设备型号大,末采期间工作面顶板管理较综采工作面复杂,对于采空区下综放工作面,在回撤期间对顶板要求更高,国内外没有可以借鉴的经验。内蒙古福城矿业有限公司1502N为近距离采空区下放顶煤工作面,通过对工作面停采位置、层位、工作面顶板支护方案等方面进行全面论证,保证工作面末采及回撤期间的顶板安全。

大采高综放工作面顶煤冒放性影响因素分析及回采工艺研究

针对大采高综放工作面存在生产效率低、生产成本高等问题,对综放工作面灰分情况进行理论分析与计算,分析顶煤冒放性的影响因素,依据灰分计算和影响因素分析优化综放回采工艺。以实际煤矿工作面概况为工程背景,分析在实际煤炭生产中达到的应用效果,可以实现成本节约和利润均提升500万元,控制端面距离在0.6m以下。

厚硬顶板刀把形采空区下综放工作面冲击地压机制研究

不规则的开采空间结构可增大煤矿冲击地压危险,研究多煤层复杂开采空间结构下工作面冲击机制对煤炭资源安全采出具有重要意义。综合采用理论分析、数值模拟、现场监测等方法,研究了某矿井W1123综放工作面的动静载分布特征,分析了冲击显现机制,提出了针对性的防冲措施并进行现场应用。结果表明,上覆刀把形采空区和厚硬顶板综合作用下W1123工作面动静载分布具有区域性特征,当工作面仅受到刀把形采空区的“刀柄”作用或同时受“刀柄”和“刀身”作用时,工作面中下部和区段煤柱静载集中、动载扰动剧烈,工作面回风巷围岩也存在动静载集中,且距离刀把形采空边界越近则围岩动静载越高;仅受“刀身”作用时,工作面回风巷围岩静载集中受动载扰动。工作面静载集中区和动载扰动区重合,动静载叠加造成冲击显现。依据刀把形采空区结构特征,W1123工作面回采期间冲击类型依次为强动载型、高静载强动载型、高静载型。数值模拟和现场监测揭示的冲击危险区与理论分析结果一致。针对W1123工作面静动载分布特征,优化设计了冲击地压防治措施,增大了厚硬顶板处理高度和破碎程度、增加了工作面运输巷煤体爆破和煤柱切顶以降低顶板和煤体应力和能量集中;优化措施实施后,工作面微震事件日均能量总体下降54%,大能量事件大幅减少,冲击地压危险显著降低。该研究结果可为相似条件矿井的冲击地压防治提供借鉴。

综采放顶煤工作面风巷深孔预裂爆破切顶卸压技术应用分析

一、工程概况芦岭煤矿是淮北矿业集团下属生产矿井,目前回采的Ⅱ888综放工作面处于二水平Ⅱ88采区,位于Ⅱ88采区西翼,西为芦岭与朱仙庄井田边界保护煤柱线,北部为Ⅲ842工作面(未准备),东为F14断层保护煤柱线,南为Ⅱ886-1工作面采空区。地面标高为22.6~23.6米,工作面标高为-537.0~-451.2米,煤层厚3.3~15.2米,平均为9.8米。

莒山矿综放工作面瓦斯抽采及防治技术

以莒山矿3盘区3305工作面为研究对象,在分析工作面瓦斯来源、瓦斯涌出量主要影响因素、瓦斯涌出量及矿井瓦斯抽采系统的基础上,提出了3号煤层工作面采用钻孔预抽煤层瓦斯的抽采技术和具体的瓦斯抽放方法,分析了工作面钻孔布置方式及瓦斯抽放量,并对瓦斯抽放情况进行评价,在此基础上给出了瓦斯抽采安全技术措施。

综放工作面采空区侧巷道变形特征及控制研究

针对综放工作面采空区侧巷道严重的不对称变形破坏,以大同煤矿巷道为研究对象,通过数值模拟和现场试验,探讨了综放工作面采空区侧巷道变形特征及控制。研究结果表明,空区侧巷道围岩的不对称变形破坏与垮落厚度密切相关,主顶板应力位置随顶煤厚度的变化而变化。针对巷道的非对称变形特征,提出了以非对称高预应力桁架锚索支护为主的控制策略,在巷道修复段进行了现场试验。试验结果表明,巷道不对称变形得到了很好的控制,实现了巷道的长期稳定。

复采综放工作面自然发火三带划分技术研究

为解决山东省充州市大统矿业有限公司F9305复采综放工作面自然发火三带划分测定及应用问题,根据复采工作面现状提出在工作面两顺槽埋设束管采样点采用临界氧浓度指标法测定复采综放工作面三带数据,并推算复采综放工作面防灭火安全推进速度。经过现场实际应用,通过束管监测系统监测数据验证,采空区三带的划分符合工作面实际情况,通过调整防灭火措施、保证正常组织生产有效的消除了自然发火隐患,自然发火防治效果良好。

高位钻孔抽采压力对综放工作面采空区自燃危险区域的扰动效应

为了深入分析高位钻孔抽采压力对综放工作面采空区自燃危险区域的扰动效应,以淮北某矿821综放工作面为工程条件,数值模拟求解分析了在高位钻孔抽采条件下采空区的漏风流场和氧气浓度场特征,以氧气浓度为依据得出了自燃危险区域分布范围,并根据现场实测数据验证了模拟结果的可靠性,最后以采空区氧化区域的宽度、深度、工作面漏风区段作为指标,探讨了高位钻孔不同抽采压力对综放工作面采空区自燃危险区域范围的扰动效应。结果表明:根据模拟结果,高位钻孔抽采会使得采空区漏风呈现立体分布特征,从而使得采空区回风侧上部存在自燃危险区域;根据实测结果,采空区自燃危险区域分布范围与模拟结果基本一致,验证了模拟的可靠性;高位钻孔抽采负压的增加会使得工作面漏风量和漏风区段都有所增加,并使得采空区易氧化区域明显变宽且更深入采空区。鉴于高位钻孔抽采负压对自然危险区域的扰动效应,应设置合理的抽采压力以实现煤自燃与瓦斯灾害协同防治的目标。

6~10 m厚煤层超大采高液压支架及其工作面系统自适应智能耦合控制

厚煤层储量及产量占我国原煤总储量及产量的一半,通过梳理厚煤层开采历史沿革,总结了我国厚煤层开采40年来的技术及装备研发实践,系统分析了以高端大采高液压支架及围岩智能耦合理论为代表的6~10 m大采高综采高效智能化综采技术及装备研究进展,提出了大采高支护理论及围岩智能耦合控制的突破是厚煤层一次开采高度突破的首要因素,完善的感知体系建立是液压支架自适应支护的前提,数字技术的应用为大采高工作面高效推进及装备智能协同控制提供了新的技术途径;阐明了大采高综放液压支架与围岩耦合关系,剖析了采高增加对硬煤层冒放性的有利影响,提出了基于煤矸识别、放煤机构控制的“纯煤段记忆放煤+煤岩分界模糊段人工反馈式干预放煤”的智能放煤控制策略;分析了大采高开采“采–运”协同智能耦合控制关键技术,构建了基于采煤机牵引速度与刮板输送机链速间联动调节的工作面装备间多机异构耦合自适应协同控制模型;研发了厚煤层开采中10 m超大采高液压支架,分析了厚煤层开采不断突破开采高度极限的新认识,从开采装备、控制系统等方面提出厚煤层一次开采高度的突破的研发方向。

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。

综采放顶煤工作面导水裂隙带发育高度研究

为研究综采放顶煤工作面导水裂隙带发育高度,以高河煤矿E2311综放工作面为研究背景,采用工程地质调查、理论计算、数值模拟、现场实测等手段进行了研究。结果表明:理论计算、数值模拟、现场实测得出的工作面开采后导水裂隙带高度基本一致,取最大值作为最终结果,即导水裂隙带发育高度为86.2 m,裂采比为13.26。

高瓦斯综放工作面瓦斯抽采钻孔设计及抽采效果分析

为研究高瓦斯矿井综放工作面瓦斯抽采情况,以山西某矿090507工作面为研究对象,采用工作面顺层钻孔、高位钻孔和采空区埋管等方法,对工作面瓦斯进行综合治理,且对钻孔进行设计,对抽采效果进行分析。结果表明,顺层钻孔抽采本煤层瓦斯能够在较高的浓度下持续较长时间;高位钻孔抽采瓦斯时钻孔倾斜距布置在25~66 m抽采效果好;上隅角最佳埋管长度为15~20 m;当提高工作面瓦斯抽采混合量时,瓦斯抽采量增加,回风流瓦斯浓度下降,具有很好的瓦斯治理效果。研究结论能有效地预防工作面及采空区瓦斯超限问题。

综放工作面采空区瓦斯高位钻孔抽采技术研究

为提高综放工作面回采期间瓦斯治理效果,以3502工作面为例,通过钻孔窥视探究采空区覆岩裂隙发育规律,优化高位钻孔布置参数,研究确定高位钻孔布置方案。结果表明:优化实施工作面高位钻孔抽采方案后,平均抽采纯量2.37 m^(3)/min,平均抽采率47.87%,上隅角瓦斯浓度始终保持在0.5%以下,实现了工作面的安全高效生产。