厚夹矸顶煤放出率计算方法研究

针对含厚夹矸放顶煤开采的顶煤放出率难以计算的现状,本文以淮北朱仙庄煤矿Ⅱ863工作面为研究背景,采用散体介质流相似模拟试验以及顶煤放出率现场测定试验,研究了不同层位的顶煤回收率,并分析其运动规律,研究结果表明:相似模拟试验中顶煤平均放出率78%,现场试验顶煤平均放出率77.8%;不同层位顶煤放出率呈现“两头低中间高”的规律;该研究不仅实现了含厚夹矸顶煤放出率的计算,还为结构复杂的厚夹矸顶煤开采提供了科学依据。

不同夹矸参数下滚筒载荷特性仿真研究

煤岩中夹矸的存在增大了采煤机开采难度,且夹矸的分布具有一定的随机性,为了研究不同夹矸参数下滚筒的载荷特性,利用Pro/E构建螺旋滚筒三维模型,导入EDEM离散元软件中建立滚筒截割煤岩的耦合模型,开展不同夹矸参数下滚筒载荷特性研究。结果表明:在数值模拟研究范围内,滚筒截割阻力均值和峰值均值随着夹矸厚度的增大而增大;滚筒截割阻力均值和峰值均值随着夹矸层数的增加而增大。该研究为复杂煤层工况下的滚筒截割提供参考。

含夹矸煤层条件下采煤机螺旋滚筒优化设计

采煤机截割夹矸煤层时,螺旋滚筒易失效。为提高螺旋滚筒的可靠性,基于刚柔耦合技术、灵敏度设计理论和相关失效性理论进行优化设计;基于破煤机理,对螺旋滚筒的瞬时负载进行数值模拟,建立采煤机刚柔耦合虚拟样机联合仿真模型,通过刚柔耦合虚拟样机仿真获得螺旋滚筒的薄弱区域、应力和振动性能指标;结合可靠性灵敏度理论,分析了关键零件的应力可靠度、振幅可靠度及其动态与渐变灵敏度结果;基于相关失效性理论,得到了螺旋滚筒相关多失效模式可靠度及螺旋滚筒设计变量的可靠性灵敏度,建立改进遗传算法对螺旋滚筒进行可靠性优化设计。结果表明,滚筒综合可靠度由0.888 5提高到0.977 5。优化后的螺旋滚筒设计变量灵敏度绝对值均降低,综合可靠性得到提升。将刚柔耦合技术、可靠性灵敏度设计理论和相关失效性理论相结合,提出一种适用于含夹矸煤层的采煤机螺旋滚筒优化设计方法,为设计高效螺旋滚筒提供了一种有效途径。

不同运动参数对截齿截割含夹矸煤岩性能影响模拟研究

我国薄煤层资源储量丰富,但其煤层赋含夹矸,截齿截割含夹矸煤岩时载荷波动比较剧烈,夹矸的存在使煤矿开采难度增大,也很大程度上影响着截齿的截割性能。为研究截齿截割含夹矸煤岩的截割性能,利用Pro/E构建截齿三维模型,运用有限元软件ABAQUS确定含夹矸模拟煤岩,建立截齿截割含夹矸煤岩的有限元模型,采用单因素研究方法,研究不同牵引速度、滚筒转速对截齿截割力均值、截割力峰值均值、单位时间落煤质量、载荷波动系数和比能耗的影响规律,分析煤层破碎的动态过程,研究不同运动参数下截齿截割性能。研究结果表明:随着牵引速度的增大,截齿截割力均值、截割力峰值均值和单位时间落煤质量呈增大趋势,比能耗呈减小趋势,载荷波动系数基本不变;随滚筒转速的增加,截齿截割力均值、截割力峰值均值和单位时间落煤质量呈减小趋势,比能耗呈增大趋势,载荷波动系数基本不变。该研究为提高复杂条件下采煤机截割破碎性能和研制截割复杂煤层的强力滚筒奠定了基础。

特厚顶煤单双夹矸层巷道开挖围岩变形破坏特征研究

针对特厚顶煤巷道开挖掘进时,单双夹矸层巷道围岩变形破坏特征不明晰的问题,以山西某矿13103工作面进回风巷道为工程背景,运用数值模拟的方法对巷道开挖过程中围岩变形破坏特征进行研究。研究结果表明,应力集中于巷道顶角上部并呈椭圆状分布,顶板最大下沉量出现在巷道中部且随掘进长度呈指数增长;单夹矸层巷道相比双夹矸层巷道应力集中幅度更高,应变更大,顶板破碎更严重。通过对单夹矸层巷道部分锚杆锚索倾斜打设并加长锚索后巷道变形控制效果显著提升,围岩强度得到明显增强,能够保证巷道稳定。

含夹矸煤层CO_(2)气相压裂瓦斯治理技术

吉宁矿山西组2号煤层为典型的复杂低渗突出煤层,2201工作面存在瓦斯含量高、煤层松软、透气性低、存在厚夹矸的复杂情况,表现为采前难抽,采中涌出大的特点。为解决上述难题,在掘进工作面实施CO_(2)气相压裂强化造缝、卸压增透技术,通过对瓦斯抽采数据和掘进效果的分析,得出气相压裂孔瓦斯参数随抽采时间增加,表现出“稳定型”和“增高型”演化规律。气相压裂孔的百米瓦斯抽采纯流量0.11~0.22 m^(3)/min,与前期密集钻孔措施的0.018 m^(3)/min相比,提高了5.1~11.2倍。185 MPa的高压力CO_(2)气相压裂技术适配于该煤层地质条件,能够有效沟通煤中解吸-扩散-渗流多尺度通道,瓦斯抽采参数稳定且高效。

采煤机作业夹矸煤层性质对截齿受力的影响

采煤机是煤矿综采的重要设备,截齿是直接作用于煤岩的部件,在截割过程中受煤岩的影响较大。我国的煤层分布大多含有一定的夹矸层,夹矸分布的位置及厚度对采煤机截齿产生的截割力具有较大的影响。针对夹矸煤层性质不同截齿的受力变化,采用MATLAB进行建模计算。结果表明,夹矸在硬煤及软煤中均以中间位置时产生的截割力最大,且夹矸的厚度越大,则较大的截割力作用时间越长。

含矸煤层煤壁稳定性夹矸厚度效应研究

为了解夹矸厚度对含矸煤层煤壁稳定性的影响,采用理论分析与数值模拟相结合的方法,推导出夹矸层剪切破坏力学模型,进而建立含矸煤层煤壁稳定性数值模型,分析不同夹矸厚度下的煤壁前方水平位移、垂直应力的空间分布特征。结果表明:煤壁前方产生失稳影响区主要位于夹矸层周围,形成以夹矸层为中心的凸出区域;夹矸厚度较小时,夹矸层呈现出多块体联合破坏形态,而夹矸厚度较大时,夹矸层出现单块体逐个破断现象;力学分析得知:夹矸层破坏面发生剪切破坏的危险系数随着夹矸厚度的增大而逐渐减小,数值模拟结果与理论分析一致。

大范围复杂夹矸煤层工作面高效回采技术研究

为了研究复杂夹矸煤层条件下高效回采技术,以淮北孙疃矿10111夹矸工作面为工程背景,对工作面现场夹矸进行点载荷实验,得到夹矸的点载荷强度;提出了3种夹矸煤层回采技术方案,并采用了FLAC^(3D)数值模拟方法分析了复杂夹矸层回采技术方案。结果表明:10111夹矸工作面矸石点载荷平均强度为2.23 MPa;对3种夹矸煤层回采技术方案通过数值模拟进行对比验证,最终通过对安全管理、经济效益以及技术难度对比,确定了巨厚段留夹矸回采技术方案更满足高效回采。现场验证表明:10111夹矸工作面出煤量总产量占全矿总产量的76.6%,保证了工作面的高产量,可为复杂夹矸煤层工作面的高效开采提供有益借鉴。

夹矸参数对截齿截割力影响的模拟研究

为研究夹矸参数对截齿截割力影响的变化规律,利用Pro/E构建镐形截齿三维模型,运用有限元软件ABAQUS确定含夹矸的模拟煤岩,建立截齿截割含夹矸煤岩的有限元耦合模型,研究不同夹矸参数下截割力变化趋势。结果表明:夹矸强度及厚度增加,截割力均值、截割力峰值均值呈增加趋势;截齿截割上煤岩界面和下煤岩界面时,截割力增加和降低幅值均随夹矸强度增加而增加,煤岩界面附近截割力随夹矸厚度增加而减小。该研究可为复杂煤层工况下滚筒合理参数匹配提供参考。

含夹矸厚煤层综采工作面托夹矸回采工艺优化

以官地矿18502含夹矸厚煤层工作面为研究对象,针对跟直接顶回采时存在的回采效率低、丢煤多、煤质差、矸石量大等问题,按照“分层分段、先托后放”的调整策略及正规循环作业顶板控制思路,提出托夹矸回采工艺优化技术。实施该技术后,煤质灰分降低了3.4%,含矸率降低了5.7%,硫分降低了20%,该工作面多回收原煤22万t,达到了安全、环保的目标。

含夹矸厚煤层地面定向钻预注浆围岩改性及巷道支护技术研究

为解决复杂地质条件下,巷道掘进期间施工难,工序复杂等问题,以淮北矿业信湖煤矿818里机巷为工程背景,提出了利用地面定向钻预注浆技术对巷道围岩进行掘前治理的方案,运用FLAC^(3D)软件模拟了注浆前、后巷道开挖后围岩变形特征,并在现场注浆试验后,通过钻孔窥视的手段,观察了浆液在围岩中的扩散情况;结合巷道的地质条件及施工特点,确定了夹矸顶板巷道的支护形式,并对注浆区域与非注浆区域进行长期持续性的矿压监测。结果显示:同一支护形式下,治理区域相较于非治理区域,两帮移近量和顶板下沉量分别降低了31.82%、36.77%,证明了地面定向钻预注浆围岩改性技术,对加强围岩自承载性能,提高巷道稳定性具有良好效果。

含夹矸煤层水力割缝瓦斯抽采技术研究及应用

为研究水力割缝强化瓦斯抽采技术在含夹矸煤层中的应用,通过理论分析得出,与普通钻孔相比,水力割缝钻孔可通过增加煤层渗透率、煤体暴露面积、瓦斯流动通道3个方面强化瓦斯抽采,并建立了考虑孔隙率和渗透率变化的煤层瓦斯流动控制方程。以东庞矿21218工作面为工程背景,采用COMSOL数值模拟软件建立了含夹矸煤层水力割缝瓦斯抽采数值模型,通过对煤层瓦斯流动控制方程进行解算,研究了不同割缝高度、不同钻孔间距条件下,水力割缝瓦斯抽采钻孔的瓦斯压力分布规律,从而确定了上煤层割缝0.3 m、下煤层割缝0.1 m、钻孔间距7.5 m的水力割缝瓦斯抽采钻孔施工参数。基于上述参数,在东庞矿21218工作面现场施工28组、每组7个水力割缝钻孔,对含夹矸煤层瓦斯进行抽采作业,结果表明:与普通钻孔相比,水力割缝钻孔的每百米巷道施工工程量减少了28.51%,瓦斯抽采纯量由11.53万m^(3)提升至21.43万m^(3),增幅为85.86%,巷道掘进期间掘进工作面平均瓦斯体积分数由0.06%降至0.01%,瓦斯抽采效果好,且有效提高了瓦斯抽采效率。

含夹矸煤层采煤机滚筒截割载荷特性研究

为研究采煤机滚筒截割含夹矸煤层的载荷特性,利用Pro/E构建采煤机螺旋滚筒的三维模型,运用离散元软件EDEM,确定不同厚度的含夹矸模拟煤壁,建立滚筒截割夹矸的离散元模型,研究不同夹矸厚度下的载荷变化规律。结果表明:含夹矸工况下,滚筒所受截割阻力大于牵引阻力;随着夹矸厚度的增加,滚筒截割阻力、牵引阻力均逐渐增大;滚筒平均载荷与最值载荷逐渐增大,平均截割阻力、平均牵引阻力、平均轴向力分别为15、13、3 kN,截割阻力最值、牵引阻力最值、轴向力最值分别为45、42、35 kN。该研究可为采煤机截割复杂煤层事故频发原因分析提供参考依据。

含不均匀夹矸厚煤层开采与顶板控制研究

随着经济的不断发展,人们生产生活对煤炭产量和质量的要求越来越高。必须重视对各种机械化采煤技术的应用,以提高生产效率,消除安全隐患。煤矿企业逐渐开始重视含不均匀夹矸厚煤层的开采。为了提高含不均匀夹矸厚煤层开采的生产效率和经济效益,提出利用含不均匀夹矸厚煤层机械化采煤技术。针对影响顶煤冒放性的因素、顶煤与支架的相互作用等方面,对含不均匀夹矸厚煤层开采和顶板控制进行了分析。

含夹矸煤岩截齿安装角对截割力的影响研究

为研究含夹矸煤岩截齿安装角度对截割力影响,运用Pro/E构建镐型截齿和含夹矸煤岩的三维模型,采用ABAQUS有限元软件对截齿截割含夹矸煤岩动态过程进行数值模拟,分析不同截齿安装角度下的应力云图与载荷曲线。结果表明:截齿最大截割力出现在最大切削厚度处附近,改变截齿安装角度,对截齿截割力影响较小;随着截齿安装角的增大,截割力均值和截割力峰值均值呈现先减小后增大的趋势。随牵引速度增大,截齿截割力均值、截割力峰值均值呈增加趋势,该研究为调整截齿安装角来提高截齿破碎性能奠定基础。

关于含夹矸煤岩采煤机螺旋滚筒截齿磨损问题分析研究

针对目前薄煤层夹矸煤岩采煤过程中采煤机螺旋滚筒磨损严重,造成人力物力浪费等问题,白龙矿建分公司牵头,以采煤机截齿为研究对象,通过三维软件对采煤机滚筒进行建模,按照实际工作状态进行约束设置,通过ADAMS进行前处理,使用EDEM仿真软件进行仿真分析,确定各因素对截齿磨损的影响程度,最后得出了采煤机最佳配合参数。

不同工况下含夹矸煤岩截齿截割载荷数值模拟研究

为了研究截齿截割含夹矸煤岩的动态过程及其载荷特性,利用ABAQUS模拟软件建立截齿-夹矸煤岩的耦合模型,分别进行不同工况下截齿截割过程的动态模拟,研究不同转速、牵引速度对截割载荷的影响规律。结果表明:随着截齿转速的增加,截齿的三向载荷均值及载荷波动均呈减小趋势;随着截齿牵引速度的增加,截齿三向载荷均值及载荷波动呈增大趋势;通过对截齿轴向、径向和侧向载荷均值拟合可知,转速和牵引速度的变化对径向载荷的影响最大,对侧向载荷的影响最小。该研究对复杂煤层的高效开采及截齿的结构设计奠定一定的基础。

不同工况对含夹矸煤岩截齿磨损深度影响模拟研究

为了研究不同工况对截齿截割含夹矸煤岩的磨损深度影响规律,建立截齿-夹矸煤岩耦合的有限元模型,模拟含夹矸煤岩截齿截割过程,探究截齿应力分布、温度分布与磨损深度的关联程度,采用正交试验法分析转速、牵引速度和安装角对截齿磨损深度的影响规律。研究结果表明:在模拟试验参数范围内,截齿应力分布和温度分布影响截齿磨损深度的大小,且截齿应力、温度与截齿磨损深度呈正相关性;相比于不含夹矸煤岩,含夹矸煤岩截齿应力、温度和磨损深度更大;随着截齿牵引速度的增加,截齿齿尖前刀面磨损深度呈增大趋势;随着截齿转速的增加,截齿齿尖前刀面磨损深度呈减小趋势;随着安装角的增大,磨损深度呈先减小后增大的趋势。研究结果可以有效提高采煤机截割性能及效率。

含夹矸煤层槽波频散特性及其影响因素分析

槽波地震勘探是常用的井下物探技术,为了达到预测煤层夹矸结构和物性的目的,基于弹性波理论,推导了含夹矸煤层的勒夫型槽波频散方程,并分析了夹矸的结构和物性变化对槽波频散特性的影响。研究表明,槽波频散特性随夹矸厚度、位置以及速度变化而变化。为利用槽波频散特性实现夹矸探测提供了理论依据。