极薄煤层液压支架的研制与应用

极薄煤层在我国的煤炭资源中占有重要地位,薄煤层储量丰富,分布广泛,但其开采难度大,效率低。随着煤炭资源的日益枯竭,极薄煤层的开采变得越来越重要。由于极薄煤层开采难度大,对开采装备的要求较高。液压支架作为支护设装备的关键装备之一,其装备与运用直接关系着煤矿的产出质量与安全。特别是对于极薄煤层,由于极薄煤层空间狭小,传统液压支架难以适应其复杂的地质环境。对极薄煤层液压支架的设计和使用提出了更高的要求。为了提高极薄煤层的开采效率,减轻工人劳动强度,提高矿工安全性,因此,研制一种适用于极薄煤层的液压支架成为了亟待解决的问题。本文将介绍一种新型极薄煤层液压支架的研制过程及其在实际应用中的效果。

基于覆岩破断特征的极薄煤层工作面支架工作阻力确定

延安子长矿区极薄煤层分布广泛,因赋存煤炭为稀缺配焦煤,回采价值较高,但该矿区未有过开采极薄煤层的先例,开采过程中面临支架选型不合理的问题,且国内在该方面的研究成果较少,因此,以禾草沟二号煤矿极薄煤层综采工作面为背景,通过数值模拟、理论分析等研究了极薄煤层综采工作面顶板覆岩结构破断特征及其演化过程,建立了采场顶板岩梁断裂前后力学解析模型,获得了极薄煤层综采工作面直接顶周期破断距,确定了合理支架工作阻力。结果表明:极薄煤层工作面开采初期顶板垮落后会较快的对上覆岩层形成支撑,至顶板极限跨距后,直接顶与基本顶周期破断,且基本顶破断位置位于直接顶破断线前方,两者间存在离层空间,共同回转下沉;工作面液压支架主要受直接顶回转载荷作用,其作用载荷为3 980.89 kN,确定支架选型为ZZ4000/6.5/13D四柱支撑掩护式液压支架;现场应用后,可以有效发挥支架支护性能,满足采场围岩控制要求。研究成果为国内极薄煤层开采工作面支架选型提供了一定的参考。

浅埋极薄煤层无煤柱开采覆岩运移与地表损伤特征研究

为了探究浅埋极薄煤层切顶卸压无煤柱开采与常规留煤柱开采覆岩运移与地表损伤区别,以子长矿区浅埋极薄煤层为背景,基于关键层理论,得到了硬岩破断距及覆岩的垮落高度临界值的计算公式,结合3DEC数值模拟及现场试验,对比分析了无煤柱开采与留煤柱开采条件下浅埋极薄煤层覆岩运移破断及地表损伤特征,确定了极薄煤层覆岩两带高度。结果表明:当工作面回采达到60 m时,两带发育高度基本稳定,当大于60 m时,工作面后方覆岩裂隙由开裂逐渐闭合,裂隙区随工作面回采向前方移动,两带高度稳定在24.6~27.7 m;相较于常规留煤柱开采,切顶留巷无煤柱开采方式下覆岩呈连续移动变形,可有效修复煤层开采工作面两侧非连续移动变形导致的覆岩裂隙及地表损伤裂缝,消除了常规留煤柱开采方式下相邻工作面间区段煤柱两侧覆岩裂隙,现场观测较好地验证了该结果。

极薄煤层端头支架与巷道围岩数值模拟

根据双阳煤矿极薄煤层巷道地质条件,设计了极薄煤层端头支架,分析并计算该支架主要承受的静载荷、动载荷、冲击载荷;运用3DEC软件分析极薄煤层巷道在有、无极薄煤层端头支架支护条件下围岩应力云图以及支护过程中受力曲线,从而确定合理的工作阻力。数值模拟结果表明:在水平、垂直应力场中巷道围岩应力减少20%;确定极薄煤层端头支架工作阻力为3 000 kN;支架随距离不断增加,受力整体趋势增加。

YRG3极薄煤层采煤机关键部件静力学分析

以YRG3极薄煤层采煤机为研究对象,分别介绍了截割模块用户输料模块静力学分析有限元分析方法。有限元分析时,先构建出各模块模型、划分网格、确定接触类型,然后对各模块的静力学特征进行分析,以此判断各模块的强度与刚度,为采煤机关键部位的设计提供支持。

极薄煤层智能开采关键技术进展分析

针对极薄煤层开采环境的复杂性与工作空间的限制,确立了适合0.7~1.0 m煤层开采智能控制技术和智能装备。提出了基于多源数据融合的分布式协同控制策略,分析了极薄煤层开采急需解决的小型化分体式顶梁弹性联接结构液压支架、智能开采5G通信网络系统的关键技术,以及运用5G数据传输技术,获取海量、多维的综采装备群数据信息、综采面环境信息的关键问题,进而提出极薄煤层智能开采管控平台架构。结果表明:提出的极薄煤层智能开采控制技术与装备关键技术,可满足极薄煤层智能开采需求,进而实现煤矿智能开采控制系统的可视化、小型化和精准化,为极薄煤层安全智能高效开采提供保障。

极薄煤层高效钻采关键技术

为提高极薄煤层钻遇率和瓦斯抽采效率,通过数值计算及现场试验等方法改进钻孔施工装备,提出将随钻测量定向钻进系统和随钻方位伽马测井仪联用的钻采关键技术,并结合中高压液动冲击器,形成适用于极薄煤层的新工艺。结果表明:下无磁管长度缩短为2 m,可有效提高随钻测量系统的测量精度,满足极薄煤层探顶探底及探边的需求;钻孔施工的实际轨迹与设计轨迹耦合度较高,实际轨迹和穿矸轨迹均控制在靶区范围内,实现了钻孔轨迹的全程化监测及轨道控制,使极薄煤层钻遇率均值达到88%左右,提高近40%;结合中高压液动冲击器碎岩钻进施工方式,有效解决钻孔过程中出现的塌孔、卡钻等事故,提高了钻孔的成孔率,形成了适用于极薄煤层的装备体系,使钻进效率提高了3倍,瓦斯抽放纯量达到未改进工艺前的3.8倍以上。

极薄煤层滑锯式机械化开采方法与工程实践

基于某极薄煤层煤矿地层及地质构造特点,介绍一种适用于极薄煤层开采的滑锯式机械化开采方法。同时,为验证此机械化开采方法的可行性,分别从属性区域走向变化、沿走向方向垂直应力变化、沿走向方向垂直位移变化三个角度对极薄煤层滑锯式机械化开采方法进行分析检验,确定机械化开采方法切实可行后,将方法应用于某极薄煤层煤矿开采工程中,确认极薄煤层滑锯式机械化开采方法的应用价值。

黑龙江省首批“揭榜挂帅”科技攻关项目 黑龙江省极薄煤层智能开采关键技术攻关与示范

项目简介。黑龙江省薄煤层煤炭资源储量丰富,占总储量的50%左右,但薄煤层开采经济效益低,致使大量薄煤层煤炭资源处于搁置状态,制约了黑龙江省煤炭工业的可持续发展。2021年7月12日,由黑龙江科技大学牵头,来自全国的14家科研院所、企业组成的联合体成功揭榜“黑龙江省极薄煤层智能开采关键技术攻关与示范”榜单,研究周期为3年,总经费达12006万元。

我国薄与极薄煤层开采设备的现状和发展趋势

介绍了我国薄与极薄煤层开采设备的现状,分别对薄煤层采煤机、刨煤机、螺旋钻采煤机的采煤工艺特点、主要设备的技术参数作了说明,并提出其存在的主要问题和发展趋势。

极薄煤层综采技术的研究与应用

介绍了我国极薄煤层采煤技术的现状,指出现有的综采设备不适用于极薄煤层开采;介绍了适合极薄煤层综采的新型采煤机、液压支架、刮板运输机的结构、性能特点,提出了极薄煤层综采工艺。实践表明,该新型极薄煤层综采装备与综采工艺有效提高了采煤效率,创造了很好的经济效益,但还需进一步研究爬底式采煤机滚筒可调高技术、如何减少端头开缺口的工作量以及极薄煤层工作面的自动化技术。

极薄煤层倾斜短壁工作面支护技术

针对极薄煤层倾斜短壁工作面支护问题,介绍了一种半卸载交替推进式极薄煤层液压支架,该支架包括手动泵系统和支护系统两部分。手动泵系统采用新颖的多向手动柱塞泵,最大限度地提高了手动泵的流量;支护系统采用分体式顶梁和底座,极薄煤层短壁面左右布置的支架,分别有一个手动泵系统控制;手动泵的进回油路与支架间用带单向阀的快速自闭接头连接,插拔方便,在支护系统处于支护状态时,可以把手动泵系统放置到安全位置;支护系统利用多伸缩立柱满足低采高要求,前后半架垂直走向摆放,半卸载交替沿走向推进,手动操作完成短壁面极薄煤层顶板的支护工作。

极薄煤层开采新途径的研究与实践

安全、高效、低成本地开发利用薄煤层资源对于许多老矿区的可持续发展具有重要的现实意义。通过对山东省部分地方煤矿在极薄煤层开采方面进行的探索研究，总结出一套倾斜短壁前进式开采、无人工作面中深孔爆破工艺和沿空留巷技术，是解决极薄煤层（0．37～0．40m）开采的行之有效的采煤方法，可最大限度地回收煤炭资源。

提高南方煤矿极薄煤层瓦斯抽采效果关键技术研究

针对开采极薄煤层(煤厚0.35～0.55 m)煤矿,矿井绝对瓦斯涌出量10～14m3/min,能否抽采瓦斯的难题,选择了四川有代表性的5对煤矿,开展了煤层瓦斯基础参数的测定工作,系统地测定了四川须家河组煤层瓦斯压力和相关参数。根据各矿特点,进行了多种抽采瓦斯技术试验,得到了抽采极薄煤层瓦斯的最佳范围,形成了高位顶板钻孔和底板钻孔的抽采技术,解决了以卸压瓦斯涌出为主的极薄煤层抽采瓦斯技术难题,具有显著的安全效益。

大倾角极薄煤层综采设备配套及液压支架设计

针对大倾角极薄煤层的复杂地质条件,对配套设备进行了适应性研究,并提出了改进意见。完善了大倾角极薄煤层支护设备的防护性能,对类似条件下煤层综采具有指导意义。

螺旋钻采煤技术在极薄煤层开采中的应用

文章介绍了螺旋钻采煤技术在八矿极薄煤层的使用情况,对现场开采中的问题进行了分析和处理,积累了成功开采0.7m左右极薄煤层的实践经验,有效地解决了薄及极薄煤层安全开采的问题,提高了资源回收率,对同类条件下极薄煤层开采有一定的指导意义。

极薄煤层钻采工艺在保护层开采中的应用

开采保护层是防止煤与瓦斯突出最经济、最有效的技术措施,对不具备开采条件的极薄非突出煤层,用钻机式采煤机开采后,能够对近距离被保护煤层起到消突作用,并实现工作面无人作业,确保人员安全,同时也为极薄煤层的资源回收提供了途径。

极薄煤层三机配套设备选型研究

针对良庄煤矿六层煤煤层较薄,平均厚度为0.8 m,工作面回采效率低下这一问题,进行了在六层煤极薄煤层条件下进行综合机械化开采技术的研究。选用了MG2×160/710AWD型电牵引采煤机与ZY3200/7.5/16型支撑掩护式液压支架,工作面选用SGZ630/264-BW型刮板输送机。对6603工作面进行了开采应用,结果表明,"三机"设备配套合理,煤炭回采率显著增加,机械化程度大幅度提高,工人的劳动强度大大降低,实现了薄煤层的综合机械化开采。工作面日产量由300 t提高到1 800 t,单产提高3.6万t,煤炭回收可达98%,经济效益显著。

极薄煤层群顶板穿层钻孔瓦斯抽采技术研究

为解决四川盆地杨村铺煤矿采煤工作面瓦斯超限严重问题,运用岩层移动理论和顶板穿层瓦斯抽采方法现场试验,分析了卸压瓦斯的运移路径和富集区域,并优化了抽采参数。结果表明:由于上覆关键层对瓦斯运移具有明显的阻碍作用,最佳抽采位置在关键层下方,现场试验结果与理论分析基本吻合;试验确定了合理的瓦斯抽采参数,有效提高了瓦斯抽采率;消除了工作面瓦斯集聚不安全因素,并实现了瓦斯利用。

极薄煤层钻式采煤机关键技术与装备课题技术总结

薄煤层煤炭智能开采作业已成煤炭资源开采的重要课题。目前根据采煤设备的不同薄与极薄煤层采煤方法主要为三种:刨煤机采煤法、滚筒采煤机采煤法和钻式采煤机采煤法。钻式采煤机做为极薄煤层煤炭开采、提高煤炭资源回收率的采煤设备,由工人在采煤工作面外操作,完成设备在工作面内的破煤、装煤、运煤等,设备检修也都在工作面外巷道中进行,真正实现了无人工作面采煤,且占用人员少,劳动生产率高,提高了资源回收利用率。螺旋钻采煤机无人工作面采煤对地质构造适应性强,如果采用滚筒采煤机或刨煤机采煤,长壁工作面遇到较大断层时,需重新开切割眼,工作面搬家,费工费时。而螺旋钻采煤机采煤遇到断层时,只需移动钻机到新地点重新定位钻采即可,工艺、操作都比较简单。该采煤法可广泛地应用于开采围岩较稳定的、煤层倾角在-15°^+15°的极薄煤层,并且还可以用来开采边角煤、三下压煤、顶板松软破碎煤层和回收各种煤柱。使用螺旋钻采煤机不仅减少了巷道投入、减少开采对地面的影响,而且可最大限度的回收极薄煤层煤量,有利于提高薄极薄煤层的配采比例,延长矿井服务年限,提高矿井的经济效益和社会效益。该课题实施,在研究钻式采煤机截割机理基础上,重点研究钻式采煤机小型化及模块化技术、钻具定向钻进技术、自动快速换钻杆技术,多钻头截割技术,开发具有快速、高效、定向钻进的五钻头小型化、模块化钻式采煤机。有效解决螺旋钻式采煤机研制、开发的基础理论研究不足;采煤过程中受不同地质条件、钻头和钻杆重力及不平衡力矩影响,使钻头和钻杆在钻进过程中经常发生偏斜,限制钻采深度;钻杆装卸占用时间长,严重影响采煤效率;采煤时钻孔之间要根据顶板情况,留有不小于0.2 m宽的小煤柱,且只有三个钻头开采,采宽小,开采效率和资源回收率低等问题,研制新型钻式采煤机,实现比刨煤机和滚筒采煤机更强的地质适应性。同时,为更快地建立我国更完备的薄与极薄煤层智能开采技术体系提供技术支撑,满足我国煤矿井下极薄煤层无人工作面智能开采作业的需要。该课题依托单位和协作单位是从事矿山设备的研究、产品开发与制造的中煤张家口煤矿机械有限责任公司、中国矿业大学,既有专门从事煤矿采掘设备理论研究的教授、研究生,也有长期从事煤矿采掘设备的设计及制造的工程技术人员,形成"产-学-研"强强联合和优势互补,共同进行课题攻关。