8.8 m超大采高工作面巷道超前应力研究与实践

8 m以上特厚煤层超大采高综采工作面回采巷道高度超高、宽度超宽,顶板上覆岩层运移剧烈,两顺槽出口巷道顶板压力大,巷道超前支护难度比以往大采高工作面更加复杂,支护难度进一步增大。为解决超前支护难题,以国家能源集团神东上湾煤矿首个8.8 m特大采高工作面回采巷道为工程背景,对两顺槽出口顶板超前应力进行分析研究,确定超前支护长度及主要参数,并进行了工程实践,为类似地质条件特厚煤层两顺槽超前支护参数的确定提供借鉴。

基于微震监测的浅埋8 m超大采高综采面矿压规律现场监测研究

以陕北矿区某矿2203浅埋超大采高综采面为工程背景,采用微震监测技术,对浅埋超大采高综采面矿压规律进行了研究。结果表明:单日微震事件数达到峰值后,综采面继续回采8.25~11 m内,能量大于103J的事件增多,微震事件能量及支架压力达到峰值,随后顶板出现垮落现象。综采面初次来压前,微震总能量为6.40×10^(3)J,矿压显现期间为1.07×10^(4)J,总能量增长67%;由于综采面矿压显现与微震最大能量峰值出现一致,通过2次最大能量峰值时综采面位置可以确定综采面周期来压步距。2203综采面初次来压步距为24.75 m,周期来压步距为27~35.25 m,由此确定,顺槽超前支护距离为36 m,实践表明,2203综采面采用ZCZY10300/31/55D型超前液压支架满足巷道超前支护的要求。微震监测是矿压显现规律分析的有效手段,采用液压支架压力变化与微震能量协同分析的方法研究超大采高综采面的矿压规律是可行的。

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。

8.8 m运输顺槽超前支架组的研制与应用

针对神东大采高综采工作面开采地质条件和综采面配套设备外形尺寸大的特点,研发了ZYDC34440/30.5/55D型运输顺槽异形迈步分体式超前支架组。该支架采用多单元窄形组合非对称式支护架形,解决了超前支架与大型运输设备的配套衔接;设计低位推移机构,实现了与大型转载破碎机配套,保证了行人通道;配置多形式调架机构,实时协同调节支架位置,保证使用可靠性,较好地控制了8.8 m特大采高工作面运输顺槽顶板变形。

8.8 m超大采高工作面支架与围岩相互作用关系

8.8 m超大采高综采工作面一次开采高度及开采强度大,采场围岩控制困难。采用立柱压力传感器、位移传感器对工作面回采期间支架工作阻力、顶板下沉量进行了全程系统监测,对工作面矿压显现规律、支架工作阻力循环曲线、顶板下沉量及割煤循环内下沉曲线进行了分析,对支架工作阻力、初撑力、支架刚度与顶板下沉关系进行了研究。研究结果表明:超大采高工作面开采具有来压区域性明显、来压急增阻、非来压恒阻、大小周期来压的宏观特征;工作面顶板下沉具有明显的时空差异性,空间上呈现工作面“两端小-中部大”的特征,时间上呈现来压期间大、非来压期间小的特点;工作面支架ΔF-T和顶板下沉ΔS-T均化循环曲线具有高度的一致性,来压期间2者均呈对数-大斜率线性复合增长,非来压期间呈现近常数或小斜率线性增长;顶板下沉与支架工作阻力呈线性对应关系,随支架工作阻力的增加而增大,安全阀开启后,顶板下沉速度明显增大,最大下沉速度为安全阀开启前的4.3倍,安全阀长时开启时顶板下沉速度由急增逐渐过渡至缓增状态,ZY26000/40/88液压支架在来压期间一定时间内可以将顶板下沉控制在一定的范围内,但并不能阻止其继续下沉;初撑力及支架刚度大小对顶板控制影响较为明显,随着初撑力的不断增大,顶板下沉及下沉速度显著降低并趋于稳定,临界点为15 MN,顶板下沉与支架刚度呈现类双曲线关系,支架刚度达到14 MPa/m以上时,支架刚度对顶板下沉的抑制作用减弱,顶板下沉趋于平稳状态。

8.8m超大采高工作面煤自燃防治经验探讨

超大采高工作面煤自燃监测数据包括气体浓度、温度等,研究方法包括实验、数值模拟、现场观测等。现有研究大多未考虑各指标之间的关系,研究手段及数据分析方法单一。针对该问题,以上湾煤矿采高为8.8 m的12401工作面为例,通过煤自燃实验、现场“三带”实测及数值模拟相结合的方式,分析煤自燃火灾过程中气体浓度与温度之间的关联关系,总结采空区内因火灾发火规律和特征。建立地面钻孔注氮模型,反演了采取注氮措施前后O_( 2)浓度场、CO浓度场、温度场和“三带”分布变化规律;针对高温异常区域,根据数值模拟结果选取注氮位置,采用地面与井下一起注氮的方式降低火灾危险性。研究结果表明:CO可作为预测煤自燃的指标气体,CO_( 2)和CH_( 4)不能作为指标气体,C_( 2)H_( 6),C_( 2)H_( 4),C_( 2)H_( 2),H_( 2)可作为辅助指标气体;采取注氮措施后,氧化升温带的宽度大大减小,CO体积分数明显降低,最高点温度迅速下降,惰化效果显著;高温异常区域CO体积分数及温度有逐渐下降的趋势,验证了注氮位置的合理性和注氮措施的有效性。

8.8m超大采高工作面盘区规划与设计要点研究

上湾煤矿1-2煤四盘区综采面设计采高8.8m,回采设备均为重型设备,当前在用巷道系统已无法满足综采面安装回撤的需求。8.8m超大采高综采工作面在巷道设计及掘进施工方面与普通大采高工作面也存在诸多不同,针对上述问题,结合采掘设备配套参数,上湾煤矿创新了1-2煤四盘区大巷布置形式,解决了超大断面煤巷两端头过渡及顶帮支护问题,保障我国首个8.8m超大采高综采面顺利安装投产。

8.8 m超大采高智能综采工作面设备快速回撤工艺

介绍了上湾煤矿12401工作面8.8 m超大采高智能工作面的概况和设备配置,针对综采工作面的设备配置,提出了采煤机、液压支架等大型设备对应的回撤方案,阐述了安全高效回撤工艺,制定了安全回撤空间顶板管理措施,并对回撤工艺进行了验证,取得了较好效果,实现了超大采高综采工作面设备的安全快速回撤。

8.8m超大采高工作面矿压显现及顶板控制技术研究

针对上湾煤矿浅埋8.8m超大采高工作面回采时面临不同区域煤壁稳定性差异明显的现象,为了深入研究工作面冒顶沿推进方向存在明显区域性的难题,以上湾煤矿12403工作面地质条件为工程背景,通过12401、12402两个已采工作面进行工程类比,从埋藏深度、顶板特性、矿压显现、煤壁稳定性、顶板管理难度分析超大采高工作面冒顶的原因,结合12403工作面的埋深、顶板岩性及力学特性,将顶板管控状态划分为重点、异常、常态化三个区域,并提出上湾煤矿8.8m超大采高工作面端面控制措施,进而降低冒顶事故对工作面安全高效生产的影响。研究结果表明:煤层起伏波动大对工作面矿压显现及煤壁稳定性影响严重,通过对8.8m超大采高工作面采用支架位态调整、煤壁加固的多元化端面冒顶控制措施,可以有效提高煤壁稳定性,为8.8m超大采高工作面快速、安全、高效回采提供了保障,为超大采高冒顶控制提供了有效的防治措施。

8.8 m超大采高综采面机电安装成套设备研发和应用

为了适应超大采高综采面对管线安装高度、安装速度的要求,国家能源集团神东煤炭集团通过对超大采高工作面管线安装工艺、安装方式、安装速度的深入调研和分析,重新开发并应用了管道切割除锈刷漆一体机、管道自动焊接机、防爆管道吊运车、防爆预埋孔钻车、防爆升降平台车、防爆管道抓举车6种机电安装特种作业装备,详细介绍了6种装备的主要技术参数、结构组成与工作原理以及应用情况及效果。通过在国家能源集团神东煤炭集团上湾煤矿的实际应用表明,6种装备实现了超大采高工作面的管线的快速安装,保障了超大采高智能综采面的正常接续,取得了良好的应用效果。

8.8 m超大采高综采工作面防灭火技术研究与应用

针对8.8 m超大采高综采工作面煤层易自燃、防灭火管理难度大的问题,基于上湾煤矿12401综采工作面的防灭火技术应用,对通风系统优化、堵漏、浮煤管理、注浆注氮等防灭火技术措施以及采空区气体监测、光纤测温和红外热成像等监测手段的综合应用进行了阐述分析。结果表明,相关的监测手段能够为防灭火技术措施的实施提供有效指导,注浆、注氮等技术措施的应用能够有效降低工作面隅角CO浓度和采空区氧化带宽度,形成的技术工艺、管理体系满足了超大采高工作面的防灭火要求,为超大采高综采技术的推广应用提供了安全保障。

8.8 m超大采高综采面回采巷道合理支护参数研究

神东煤炭集团上湾煤矿12401综采工作面为全国首个8.8 m超大采高综采工作面,为满足采掘、运输和通风需求,该工作面回采巷道需要相对较大的设计尺寸。为确保该综采工作面安全回采试验,采用工程类比、理论计算、数值模拟和现场监测等综合研究手段,确定了超大采高综采工作面回采巷道支护方式为“锚网索带”联合支护,并确定了关键支护参数。通过数值模拟和现场实测,结果表明围岩变形量均小于10 mm,支护效果良好,验证了回采巷道支护参数的合理性。

8.8 m超大采高综采面初采期间设备存在的问题与解决方案

由于国家能源集团神东煤炭集团上湾煤矿8.8 m超大采高综采面采用的设备均为新研发设备,在综采面试运行期间出现了支架底座与推拉杆别劲、拉架时灰尘大、视线差及自移列车拉移时跑偏等问题。针对以上问题,国家能源集团神东煤炭集团上湾煤矿结合生产实际,从设备动作原理入手,对设备进行了优化改造,并详细阐述了设备出现问题的原因及解决方案。改造后的实际应用表明,改造后的设备不仅降低了劳动强度、提高了工作效率,有力保障了8.8 m超大采高综采面的安全高效生产,而且在解决问题的过程中,生产单位和科研院所积累了宝贵的技术经验,对我国煤炭工业装备制造水平的改进和提升具有积极的借鉴意义。

8 m以上大采高综采工作面综合防尘关键技术

基于超大采高工作面开采高度远超出了传统喷雾降尘有效作用的距离,导致易出现跑尘、漏尘的问题,研究了超大采高工作面的产尘特点及运移规律,探讨了相应的综合防尘关键技术,优化了影响防尘效果的关键元部件的相关参数,提出了8 m以上大采高工作面综合防尘新方法。井下应用表明,综合防尘新方法有效覆盖了产尘区域,解决了8 m以上大采高工作面跑尘、漏尘的问题,保障了工作面生产安全,避免了煤尘对工人健康造成的危害,具有很好的应用推广价值。新方法的提出奠定了8 m以上大采高工作面综合防尘技术理论体系基础,对相关综合防尘技术的研究具有一定的借鉴意义。

超长大采高回撤通道破坏特征及主被动协同控制技术

针对超长大采高工作面预掘回撤通道大变形失稳导致巷道破坏、设备回撤受阻等安全问题,采用理论分析、数值模拟、现场试验等方法,基于回撤通道破坏特征分析,提出“控顶固帮”主被动协同控制技术。建立了超长工作面采动支撑压力顶帮联合失稳力学模型,基于超长大采高顶板断裂位置与围岩稳定关系,揭示回撤通道破坏机理。利用UDEC数值模拟对超长大采高回撤通道区域环境进行验证,提出了“实时断顶+垛式支架+锚杆索”协同控制方案,保障回撤通道稳定。该技术在黄玉川煤矿226_(上)03综采工作面回撤通道成功应用,监测结果表明:工作面贯通后,回撤通道顶板下沉量为75.6 mm,底板鼓出量95.7 mm,两帮变形量103 mm,变形量小、支护效率高、成本低,实现了黄玉川煤矿超长大采高工作面回撤通道稳定安全高效的目的。

煤矿液压支架与围岩强度耦合研究分析

针对大同机电装备有限公司中央机厂对7.0 m以上超大采高工作面开采时矿压显现剧烈、围岩控制困难、煤壁容易片帮、易发生顶板冒顶事故等问题,通过运用数值仿真、模型计算及实地测量方法对液压支架与围岩强度耦合性进行研究分析;通过对中央机厂15218工作面超大采高矿山压力测量分析,得出基岩厚度大、埋深浅的超大采高工作面具有明显的大小周期来压与动载矿压;通过对中央机厂15218工作面顶板的力学结构、支架支护阻力以及煤壁的力学结构、临界帮护力的研究,得出架型应选择两柱支撑掩护式液压支架,液压支架护帮结构应选择伸缩梁与护帮板分体结构;通过采用工程实践分析的方法对中央机厂15218工作面超大采高工作面液压支架进行了适应性评价分析,得出ZY21000/38/82D型液压支架可以满足中央机厂15218工作面超大采高工作面的实际生产要求。

国能神东煤炭集团重大科技创新成果与实践

国能神东煤炭集团有限责任公司(以下简称“神东公司”)是国家能源集团的骨干煤炭生产企业,在煤炭安全高效开采、国产高端装备制造、智能化矿井建设、安全管理模式创新与绿色低碳创新等方面取得了显著成就,引领了全国煤炭企业的科技创新,在综采采高、矿井人均工效、矿井长周期安全管理与亿吨矿区管控中心建设等方面创造了多个世界第一。系统介绍了神东公司在科技管理、创新平台、协同创新、人才队伍、知识产权、标准体系与科技成果等方面的进展,总结了神东公司创新驱动体系及螺旋加速上升的科技创新通道。在采掘技术创新与实践方面,梳理了一次采全高综采采高从6.3 m逐步提高到8.8 m的技术突破,介绍了浅埋坚硬特厚煤层上分层综采下分层综放的采煤工艺,梳理了薄煤层等高开采关键装备、技术及面临的技术问题,分析了短壁机械化全部垮落法的技术适应性及无煤柱开采方法的技术实践;介绍了快速智能掘进成套系统及掘锚一体化关键技术,提高了掘进效率,解决了“采掘失衡”的矛盾。在国产高端装备研发与应用方面,介绍了神东公司在世界首个8.8 m超大采高综采工作面装备配套方面取得的突破性成果,分析了国内首套纯水液压支架面临的技术难点与创新途径,解析了6 000 m可伸缩单点驱动带式输送机在整机降阻、张紧控制与智能变频驱动等技术方面的突破,总结了研发世界首套双百吨重载搬运车突破技术障碍的经验,列举了把新能源矿用电动车应用到井下所实现的技术创新。在智能化矿井建设方面,针对采煤工作面智能化面临智能割煤、跟机拉架方面的问题,总结了神东公司在采煤工作面智能化建设过程中实现的技术革新;梳理了智能化选煤厂“从无到有”的拓荒之旅;研究了我国首个国产煤矿井下操作系统——矿鸿的关键技术核心与推广应用价值;解析了我国首个亿吨矿区数字化集中管控平台建设使用的集成技术,介绍了13种井下智能机器人创新与实践。在安全管理技术与实践方面,创建了“135”工作法安全风险管控管理体系,实现了千万吨矿井超长的安全生产周期;搭建了神东公司矿压控制体系与矿压动态高效预警智能云平台,形成了神东矿区特有的矿压控制技术体系;介绍了水、火和瓦斯灾害防治技术体系,保障了神东公司安全管理体系的建设。在绿色生态建设方面,介绍了神东公司在煤炭绿色发展和技术创新中的成就,阐述了在开展生态矿井、绿色矿山与清洁煤炭方面的技术实践,在贯彻黄河流域生态保护和高质量发展重大国家战略方面,介绍了神东先行示范区。通过对神东公司科技创新体系和创新成果的总结,探讨了煤矿未来科技发展思路,明确了其在科技创新体系与重大科技攻关方面的发展方向。

超大采高工作面超前支架组支护参数研究

以上湾矿12401超大采高工作面大断面回风顺槽为研究对象,采用数值模拟、理论分析、现场实践等方法对超前支护参数进行了研究。通过数值模拟分析确定工作面前方19 m范围内巷道受超前采动影响剧烈,超前支护长度不低于19 m,理论分析结合实际生产情况确定超前支护强度不低于447.5 kPa。在此基础上确定使用ZFDC81100/30.5/55D型强力超前支架组,给出了支架组的主要技术参数并分析了窄形顶梁、低位互帮机构、非对称承载结构等设计方案。实践表明,超前支架组支护参数设计合理,巷道围岩得到了有效维护,可以满足超大采高工作面超前支护要求。

超大断面回风顺槽超前支架的研制

针对神东煤炭集团上湾煤矿8.8 m特大采高综采工作面开采地质条件和回风顺槽布置特点,研制了ZFDC81100/30.5/55D型大型迈步分体式超前支架组。应用结果表明:该支架满足特大采高工作面回风顺槽支护要求,解决了超高动压巷道顶板、煤帮的支护问题,为8.8 m特大采高工作面顺利推进提供了安全保障。

超重型刮板输送机在大采高工作面的研发与应用

通过对大高度工作面工况的分析研究,确定并校核了大型刮板输送机的主要技术参数。根据工艺发展,合理选择软启动、中槽等结构形式;对过渡口和尾部挡煤板进行了优化,降低了设备的维修成本;通过对中部槽的焊接技术改造,加强了中间槽的结构强度,实现了国内超大型刮板输送机的自主研发生产。跟踪中槽、链轮、销轨等关键部件的使用情况,综合评估其使用寿命,确保设备的合理性和可靠性。8 m煤层全厚开采的成功,大大提高了工作面工作效率和开采效率,为我国中西部厚煤层安全高效开采提供了技术支持和设备保障。