8.8m大采高工作面覆岩三带分布特征及分层沉降研究

煤层开采后受采动影响,顶板覆岩会形成垮落带、裂隙带、弯曲下沉带。采空区覆岩三带的观测研究对煤矿安全生产至关重要,但目前国内外对覆岩三带的观测研究多限于中、小采高工作面,对一次采全高超大采高工作面仍是空白。针对这一问题,以上湾煤矿首个8.8 m超大采高12401工作面为研究对象,通过钻探、孔内电视、地球物理测井等多种手段综合分析了超大采高工作面采空区覆岩三带分布特征,确定了三带发育高度。同时,本次研究还通过在采前孔安装布置分层沉降监测设备持续对12401工作面覆岩沉降情况进行了监测,综合分析了采空区分层沉降的特征及规律。研究表明:12401工作面垮落带高度为33.20~33.25 m,冒采比为3.91;导水裂隙带高度为118.08~132.83m,裂采比为13.91~15.65;弯曲下沉带距离地表39.17~48.92 m。研究发现:工作面覆岩从下沉到稳定经历了2次快速沉降,覆岩分层沉降相对地表最大下沉量为1.618 m,地表最终下沉量为4.706 m,下沉系数为0.5;随着采空区范围的增大,本区覆岩运动主要受到下部和上部2层关键层共同控制。

8.8m采高工作面切眼掘进与支护工艺研究

神华神东上湾煤矿12401工作面8.8m一次采全高综采工作面切眼断面尺寸为11.4m×6.3m。针对此超大断面巷道在特厚煤层中掘进施工难度大,支护困难的问题,上湾煤矿通过校核支护参数,增大支护强度,保证支护质量,参照辅切眼放线掘进,二次挖底成巷等措施,安全高效地完成此超大断面巷道的施工,为我国首个8.8m综采工作面的安装创造了良好条件。

神东矿区8.8m超大采高工作面矿压综合监测与分析

为保障神东矿区8. 8m超大采高工作面安全生产,建立了上湾煤矿矿压与微震综合监测预警平台,并基于大数据分析手段,对8. 8m超大采高工作面矿压显现及顶板活动规律、支架工况等进行了分析。研究表明:8. 8m超大采高工作面周期来压显著且矿压显现强烈,所采用26000kN支架具有较好的适应性;周期来压期间支架下缩量平均为73mm,支架下缩明显;固定围岩条件下支架下缩量与支架增阻量保持良好的线性增长关系,而不同围岩条件下支架下缩量与支架增阻量的对应关系则具有较大的离散性,支架系统刚度受围岩条件的影响较大;8. 8m超大采高工作面微震事件能量水平整体较低,但频次较高,且微震能量释放超前工作面矿压显现的时空对应关系为利用微震监测结果开展超大采高工作面顶板大面积来压预测预报提供了可能。

8.8m特厚煤层采煤机改造设计与受力分析

为了快速解决8.8m特厚煤层开采问题,研究确定了进口7LS8采煤机升级改造增大采高的可行性。通过分析7LS8采煤机原机型的技术特征,优化机身高度、摇臂长度及其摆动幅度、滚筒直径,制定了7LS8采煤机升级改造方案。针对升级改造后采高与负载以及整机重量大幅增加、原机型关键零部件自身强度与联接强度偏薄弱的突出问题,提出了8.8m特厚煤层采煤机受力分析模型并求解,建立三维模型对整机关键零部件进行强度校核计算,制定了相关零部件结构优化与加固方案。样机工业性试验取得了成功,为后续特厚煤层采煤机研制打下了良好技术基础。

8.8m超大采高工作面1.8m带宽数字自移机尾研究

为了正常配套8.8 m智能超大采高综采成套装备研发与示范工程,提高装备高产高效、实现智能化的功能,在总结国内自移机尾使用经验的基础上,研制一套适用于8.8 m特大采高工作面的1.8 m带宽数字自移机尾,针对自移机尾强度、数字油缸、高强度材料焊接性能以及智能控制系统等关键技术进行研究,分析了自移机尾整体受力以及结构优化设计对整体强度的影响,开发了具有记忆功能、耐腐蚀、故障率低的数字油缸,研究了适用于高强度材料特殊焊接工艺,发明了实现手动、遥控以及远程控制方式的智能控制,完成了新型调高油缸支腿与前、后支撑一体结构的设计,解决了1.8 m带宽大跨度的整体强度不足问题,研发了Q550新型高强度材料及焊接工艺,实现了数字化控制特大型自移机尾,在此基础上,解决了运输量小、强度不足、自动化程度低的难题,实现了自移机尾轻量化设计,有效提高了生产效率。

上湾煤矿8.8m综采面矿压显现规律研究

神东煤炭集团上湾煤矿12401综采面是世界首个8.8m大采高工作面,为了明确超大采高综采面的矿压规律,上湾煤矿通过观测生产过程中不同条件下的矿压显现情况,并详细记录综采面矿压数据,通过对采集的数据进行分析,得出:综采面初次来压步距为45m,压力较大;周期来压随着埋深的减少,呈现明显的连续性和阶段性,周期来压步距由平均10.05m增大到12m,局部增加至16.4m。周期来压步距大小交替规律逐渐显现,来压强度上也有大小交替情况;随着回采距离增加,大步距数量增多,强来压次数增多,矿压显现变强;矿压显现剧烈时,确实存在估算工作阻力超过所选支架工作阻力的情况,但超出架数不多,安全阀开启率低,活柱下缩量小,所选支架能够满足需要。

8.8m超大采高综采工作面末采贯通关键技术应用研究

为保证8.8m超大采高综采工作面安全高效贯通,对比分析了8.8m超大采高综采工作面末采贯通阶段在顶板管理、矿压控制、末采挂网等方面的主要风险及面临的技术难题,提出了以采用增压泵设备、水力压裂技术、等压开采及提高回撤通道支护强度为主的顶板综合管理技术措施。通过技术应用,工作面液压支架初撑力提升至30MPa,两端头顶板动载系数显著降低,工作面滞后小周期来压4m贯通,贯通后采场与主回撤通道围岩有效预防了8.8m超大采高综采工作面顶板事故的发生,实现了工作面的安全生产,可以为浅埋深特厚煤层综采末采贯通提供借鉴。

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。

8.8m超大采高综采工作面设备安装干涉性分析

为了保证上湾煤矿12401超大采高综采工作面设备顺利入井及综采工作面安装后正常运行,通过结合巷道及设备尺寸进行动态干涉分析,保证最大尺寸的综采设备在巷道拐弯处等关键区域正常通过;将所有综采设备按实际尺寸布置在工作面中,进行平、剖面对比分析,保证综采工作面机头、机尾等特殊区域的通过性。在综采工作面投产前,对综采设备的运输、运行进行图纸预分析,有力保障了我国首个8.8m超大采高综采工作面的顺利安装和投产。

8.8m特大采高综采工作面顶板管理技术

上湾煤矿12401综采工作面是世界首个8.8m特大采高工作面,工作面采高大,冒顶、片帮、漏矸的风险高,顶板管理难度大。针对以上存在的问题,详细分析了8.8m特大采高工作面的顶帮变化情况,并充分借鉴7m大采高工作面及8m特大采高综采工作面的巷道支护的成功经验,通过综合运用超大断面巷道支护技术、煤巷超前支护技术、三角区域水力压裂技术、工作面矿压监测技术等多种技术手段,有效控制了巷道围岩变形和顶板下沉,保证了工作面顶板安全,实现了工作面的安全高效回采。

浅埋深8.8m超大采高工作面冒顶机理及防治技术研究

为解决浅埋深8.8m超大采高综采面冒顶问题,实现特厚煤层综采面安全高效开采。以浅埋深8.8m超大采高12403综采面为研究对象,结合工作面地质条件与工作面参数,分析了工作面顶板冒落、煤壁片帮机理并以此制定了工作面煤壁加固、单向割煤采煤工艺、重型支架架缝、倒架、载头及咬架处理、刮板输送机内矸石快速处理及超大跨度梁端距假顶铺设等多项治理冒顶的关键技术。提出了做好地质资料分析、加强矿压预测预报、优化工作面设计、加强工程质量控制、提高员工技能水平及制定冒顶应急预案等多项预防冒顶的关键举措,为类似条件浅埋深超大采高综采面围岩控制、冒顶治理及预防提供了技术支撑。

8.8m大采高工作面液压支架稳定性分析及控制方案研究

液压支架的稳定性是8.8m大采高工作面安全生产的基础。文章在分析了8.8m大采高工作面液压支架稳定性影响因素的基础上,重点对其纵向稳定性、横向稳定性和煤壁稳定性进行了研究,明确了各影响因素与稳定性之间的关系,然后采用动力学仿真软件Recurdyn对液压支架进行了动力学仿真分析,最后提出了8.8m大采高工作面液压支架稳定性的控制方案,有效地提高8.8m大采高液压支架的支护能力,有利于大采高工作面的安全生产。

8.8m大采高工作面煤质提升技术与应用研究

为了促进8.8m超大采高综采工作面的高产高效发展,对上湾煤矿四盘区8.8m智能超大采高综采工作面的煤质管控水平进行研究。针对严控灰分的要求,得出影响工作面煤质的主要原因是工作面混矸问题严重。经过调查分析,导致工作面混矸的两大要因即矿压变化和员工技能不到位,并对应以上两因素提出做好工作面来压预测预报,设置增压泵提高支架初撑力,根据底板走势提高煤机司机操作规范,及时调整架型保证护顶效果等具体对策。对策实施后工作面混矸情况有所缓解,煤质发热量有明显提升,工作面生产组织能力有所加强,煤质管控成效显著。

神东煤炭集团7.0m采煤机升级8.8m采高技术改造研究

文章通过分析8.8m特厚煤层开采研究背景及意义,以神华神东煤炭集团上湾煤矿开展实证分析,具体研究改造前采煤机技术参数和主要结构特点,改造后采煤机总体方案与结构强度,以及截割功率1100kW高强度轻量化摇臂研制的相关内容,以此提升大采高工作面设备适用性和可靠性。

8.8m超大采高综采面矿压显现规律及围岩控制技术

针对8.8 m超大采高工作面在超大采出空间下矿压显现强烈、围岩控制难度大的问题,以上湾煤矿12401工作面为工程背景,基于现场实测手段对8.8 m超大采高开采矿压显现规律和围岩控制技术进行了全面研究。研究得出:8.8 m超大采高工作面矿压显现具有来压步距短、持续时间长、动载矿压强烈等特征,但工作面超前支承压力影响不显著。采用三维激光扫描手段对超大采高工作面煤壁片帮特征进行了分区域、全方位、高精度探测,并根据工作面支架立柱压力和护帮力对煤壁片帮的影响关系,确定了超大采高工作面煤壁片帮预警指标和阈值。在矿压规律研究的基础上,探索出了一套超大采高工作面顶板灾害综合预警与防治技术,保障了8.8 m超大采高工作面的安全回采。

8.8m超大采高工作面巷道破碎机的研究与应用

随着超大采高综采装备技术的不断突破,工作面单产不断刷新世界纪录,煤流运输越来越成为制约生产的瓶颈性因素,为降低煤流粒度和对运输系统的冲击破坏,巷道二次转载破碎技术有逐渐成为高产高效矿井标配的趋势,以神东煤炭集团上湾煤矿8.8 m超大采高综采工作面巷道二次破碎技术研究为例,介绍了国产新型双齿辊分级破碎机研究及应用的主要情况,结果表明可以满足8.8 m超大采高工作面巷道二次破碎需求,为类似矿井提供了技术参考和指导。

8.8m超大采高液压支架支护强度计算分析与应用

针对目前液压支架领域最大支护高度、最大工作阻力的8.8 m超大采高液压支架,其工作阻力达到26000 k N,最大支护高度为8.8 m,设备重量超过百吨,如此大型设备其工作运行的可靠性将是影响设备正常运转的核心指标之一,为满足其高可靠性要求,强度设计将是最为重要的基础。通过对8.8 m超高端液压支架进行基于有限元计算的强度分析和结果评定,有效指导设计人员优化设计方案,并取得了良好的试验验证结果,强有力的支持项目的顺利进,为实际生产设计提供理论依据,取得了良好的后期试验验证结果,为整个项目的推进奠定了基础。

变频一体机在8.8m超大采高运输系统中的研究与应用

针对上湾煤矿8.8 m超大采高三机运输系统使用的变频一体机,从系统方案配置,变频一体机的电气系统组成、逆变原理、一体机的保护功能、一体机应用于刮板输送机需解决的技术难题等方面,展开论述变频一体机驱动刮板输送机系统的技术优势。

8.8m大采高迈步超前支护支架组电液控系统设计

根据8.8 m高工作面的巷道设备结构特点,研制了8.8 m大采高迈步超前支护支架组,分析了支架组的结构组成、技术特点,重点研究了其电液化控制系统的设计及技术实现方式。该超前支架组的研制,从结构布置、控制系统等都达到了高效支架的性能要求,实际使用中也大幅降低了工人劳动强度,增强煤矿生产效率。

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。