综放面强动压区巷道变形破坏特征及锚索强化支护机理研究

针对山西宁武榆树坡煤业有限公司5107综放工作面开采强度大、超前支护劳动强度高、动压区巷道变形严重等问题,监测分析综放工作面超前段巷道围岩变形破坏特征,建立了巷道顶板锚索支护力学结构模型,基于冒落拱理论与悬吊理论精准量化动压区回采巷道所需强化支护强度,建立数值模拟模型分析综放工作面超前支承压力分布规律,优化综放面强动压区回采巷道锚索强化支护参数并进行工业性试验。结果表明,综放工作面动压区回采巷道超前支护强度整体不足,巷道顶板起伏剧烈,侧帮严重鼓出,严重制约安全生产;结合冒落拱理论与悬吊理论分析了巷道厚煤层开采顶煤破坏冒落特征,精准量化了动压区回采巷道超前段所需强化支护强度为33.74 kN/m^(2);通过数值模拟确定了“3根全长锚固补强锚索”,最外侧锚索向外倾斜15°的补强支护方式可有效控制动压区回采巷道围岩变形;进行了现场工业性试验,试验表明5107工作面回风巷顶底板、左右帮变形分别为81、189、134、145 mm,锚索补强支护条件下回风巷超前段围岩平整规则、整体稳定性良好。

大倾角工作面两巷端头超前支护研究

提供了6种应用于大倾角工作面两巷端头超前支护方案,详细介绍了6种支护方案的工作原理、指标分析和适用范围,并阐述了大倾角工作面两巷端头和超前支架选型原则,为同类型的两巷端头超前支护选择提供了参考依据。

大采高工作面构造区超前深孔预注浆技术的实践

在山西霍尔辛赫煤业3105工作面,针对煤层上覆泥岩层不稳定性和局部仰采造成的采高异常问题,实施了超前深孔预注浆技术。通过地震勘探和现场评估,划分了7个地质异常区域,制定了精准的钻孔布置策略,应用分次成孔和深孔封孔技术。工业性试验显示,154个钻孔共使用805.12 t注浆材料,平均每孔5.92 t,成功降低了冒顶率86%以上,显著提升了矿井的安全性和稳定性,证明了该技术在大采高工作面的有效性。

特厚煤层综放工作面超前支护评价分析

针对特厚煤层综放工作面巷道超前支护难题,以古城煤业有限公司Z107综放工作面为工程背景,对该工作面超前支护25 m范围内单体支柱工作压力进行计算分析。分析结果表明,在该工况条件下,工作面超前10 m范围内采用“一梁三柱”支护方式;工作面超前后15 m范围内,采用“一梁两柱”的单体支护形式。经验证,该支护方式满足现场安全生产需求。

综采工作面应力区围岩支护技术

针对裕兴煤矿15210工作面回采期间超前应力区围岩破碎严重,导致巷帮垮落、顶板出现跨距、单体柱受力变形等,以及回风顺槽收缩量大,端头支架移架困难等问题,决定对超前应力区采取“液压伸缩钢棚+走向迈步式锚索吊棚+桁架锚索”等联合支护措施,通过实际应用效果来看,该支护技术可有效控制应力区围岩失稳现象,取得了显著应用成效。

某矿巷道穿越高压富水断层破碎带综合防治水技术研究

随着浅部矿产资源的日益减少,深部开采已成为必然趋势,水文地质条件日益复杂,防治水害日益严重,水害威胁制约着矿山整体开发进度,尤其是深部井巷穿越地质条件复杂的含水层和断层裂隙水时治理难度更大。本文介绍某矿山通过采取物探、工作面注浆堵水和超前管棚支护综合治理手段穿越复杂断层破碎带的成功经验,为其他类似矿山井巷水害治理断层破碎带提供借鉴。

任楼煤矿工作面机巷超前支护技术研究

为了解决任楼煤矿Ⅱ8224N工作面机巷存在顶板极易碎胀、围岩破碎等问题,采用钻孔窥视的方法获得了工作面巷道围岩松动圈发育规律,设计了工作面(注浆)锚索式超前支护技术方案,建立了围岩支承结构力学模型计算了围岩支承力,并利用工业性试验对超前支护技术方案进行现场验证。研究结果表明:机巷顶板的完整性好,其中顶板浅部主要发育横向裂隙,裂隙较小,无明显破碎区发育,无明显离层现象;顶板深部零星发育微小纵向微细裂纹,裂隙长度较短。建立了主动式超前支护围岩稳定支护力学模型,结合工作面机巷原锚杆(索)支护技术方案,提出了分阶段超前支护技术方案。在工作面机巷开展工业性试验,验证了主动式超前支护锚索支护性能发挥良好,围岩稳定控制效果较好。研究成果可为其他矿井相似工作面回采巷道提供一定的借鉴意义。

综采工作面大倾角过顶板破碎区方案与应用

为有效改善木瓜煤矿10-206综采工作面顶板破碎区域岩层稳定性,根据该工作面地质条件、开采现状及顶板破坏情况,分析了顶板破碎原因,并设计了支护技术方案。该技术方案应用结果表明,工作面日推进度达到2.4 m/d,相比未采取措施前,生产效率提升200%。

无反复支撑超前支护智能控制系统

针对无反复支撑超前支护装备在空间小、震动大、电磁干扰严重的环境下传感技术水平低、运动控制不精准、作业流程复杂的问题,提出一种无反复支撑超前支护智能控制系统。无反复支撑超前支护工艺的被控需求:具备姿态、障碍物、位置等周边环境信息检测技术手段;具备自适应、自调整、自决策的控制方法;具备快速、平稳、精准的执行部件。根据上述需求,提出智能控制系统的3项关键技术:智能感知、逻辑控制、执行。基于无反复支撑超前支护智能控制系统的控制功能和任务流程,提出了系统总体架构;基于姿态、障碍物识别、压力及位置和速度信息的多传感融合技术手段,提出了多工况运动控制策略。研制了运输巷超前支护“转-运-支”一体样机,并进行地面测试,测试结果表明:无反复支撑超前支护智能控制系统可实现支架中心点及障碍物视觉识别、支架搬运小车自动行走及行程判断、支架自动偏移及旋转、支架自动抓取及升降功能;视觉识别传感器可实现支架架号编码识别、支架姿态、支护区域决策功能;实现了“行—抓—降—转—行—转—升—松—降”自动化作业流程,能够达到应用要求。

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。

不同长度工作面的支承压力规律与超前支护研究

李雅庄煤矿615不规则工作面由110 m块段和210 m块段组成,结合现场实际情况建立数值模型进行分析,得出两工作面超前支承压力均展现出“中间小、两边大”的分布特征,工作面长度增长,超前应力集中区宽度增大且最大应力系数增高。两种工作面顺槽的超前支护距离应为20 m和25 m,且均在前15 m内存在应力高峰区,是重点支护地段。提出单体液压支柱配合金属π梁或超前支架进行超前段加强支护方案,实现了回采期间不同长度工作面超前段围岩的稳定性控制。

补强锚索在综放工作面回采巷道超前支护方式中的应用

回采工作面巷道超前支护段在高应力作用下容易发生变形破坏,其围岩的稳定性对工作面正常通风、运输、行人具有重要意义。随着装备技术水平的提高,回采巷道超前支护区域常采用液压支架进行加强支护,由于超前液压支架随着工作面推进需要频繁“升-降”支架,在破碎巷道顶板中容易加剧顶板破碎程度,严重影响支护效果。本文提出补强锚索支护方式代替超前液压支架,采用理论计算结合FLAC3D数值模拟的方式对补强锚索支护参数进行确定,并在红岭煤矿1505工作面回风巷超前支护段进行应用,保证了1505工作面安全回采。该技术为同类地质条件的综放工作面超前支护方式研究提供借鉴。

综采工作面超前应力区支护优化

基于掌石沟煤矿15104工作面在初采期间受周期来压、初次来压影响,工作面回采至60~130 m段回风顺槽超前应力区范围内顶板及两帮下沉严重,出现局部冒漏现象,原巷道内支设的单体柱出现变形、卸压现象,支护效果差的问题,决定对回风顺槽超前应力区支护进行合理优化,提出了可伸缩超前支架支护。通过实际应用效果来看,工作面在后期回采中应力区巷道围岩变形得到了有效控制,取得显著应用成效。

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。

煤矿异形工作面回采技术浅析

义城煤业矿井地质条件复杂,地质构造发育,受断层走向不规则影响,采用以往长壁式综采工作面布置时产生很多边角煤无法回采,应通过科技创新实现煤炭资源精采细采,以达到安全经济、合理回采。该矿19107综采工作面原设计为走向长壁工作面,实际施工轨道顺槽时揭露F66断层走向与原设计资料相比左偏47.6°,通过设计变更方案对比,确定19107综采工作面设计为异形工作面,将切眼内安装后剩余的液压支架及延长工作面所需配套的运输机槽、刮板链等设备储放在轨道顺槽内。该次技术的应用是典型的根据地质构造布置异形工作面的回采实例,为地质构造复杂矿井多回收煤炭资源,延长矿井服务年限,降低成本,做到精采细采,提高矿井的精益化管理水平提供了借鉴。

综放临空开采护巷煤柱应力分布规律及合理宽度研究

为进一步掌握综放工作面临空开采回采巷道煤岩体变形规律及其控制技术、确定合理的煤柱宽度及回采巷道超前支护范围,以某煤矿综放工作面为研究对象,采用理论计算和数值模拟相结合的方法,研究不同尺寸的煤柱内受力情况和裂隙分布以及工作面回采过程中超前支承压力等对巷道的影响情况。确定护巷煤柱宽度为25 m,超前支护范围为91 m。根据分析结果,巷道采用锚网索联合支护,保证了安全生产。

浅埋坚硬煤层工作面超前支护技术研究

针对盛鑫煤矿浅埋坚硬煤层51101综采面超前支护区域巷道的支护技术难题,通过现场调研及工程类比等方法,对其围岩变形的影响因素及破坏特征进行了分析,并确定出工作面超前支护区域巷道支护参数。运用FLAC3D数值模拟软件,对支护前后巷道围岩位移场变化进行对比分析,分析得出顶板最大下沉量及底板变形量收敛值明显降低,支护参数合理可行。现场实践表明:51101工作面超前支护区域围岩变形速度及围岩变形量都在安全合理范围之内,实现了矿井的安全高效开采,同时为相似工程地质条件下的超前支护技术提供一定借鉴。

不同顶煤条件下支架工作阻力的确定

从端面顶板稳定性控制角度出发 ,应用数值模拟离散元法分析了不同顶煤条件下端面顶板稳定性与支架工作阻力及端面距的关系。模拟结果表明 :在软及中硬煤条件下 ,端面距一定范围内 ,支架工作阻力P与端面顶板下沉量Δld 为类双曲线关系 ;而硬煤条件下没有类似关系。由此给出不同顶煤条件下支架工作阻力的计算方法 ,认为在软及中硬煤条件下可以利用P -Δld 关系曲线确定支架临界工作阻力 ,而传统支架工作阻力确定方法适合于硬煤条件 。

黄陵智能化无人工作面开采系统集成设计与实践

基于黄陵一号煤矿十盘区1.4-2.2m较薄煤层首个智能化无人工作面开采的实践和总结,针对八盘区18-28m煤层设计了升级版智能化无人开采工作面系统集成配套方案,优化并完善了工作面智能化控制系统,应用高清摄像仪、高精度行程传感器和调控装置实现工作面割煤高度和直线度精准控制;应用高速截割采煤机和智能型刮板输送机实现采运双向协同控制;通过设计开发新型电液控制系统,实现工作面巷道带式输送机自移机尾、转载机自移、超前支架的自动化远程控制;该系统可实现工作面和巷道内成套装备智能化协同控制和采煤全过程自动化无人生产,系统具备年产400万t的生产能力。

综放工作面多区支撑顶板的力学模型及破断特征

综放工作面一次开采厚度和宽度大,顶板破坏条件和影响因素复杂。为分析综放工作面顶板破坏特征,将基本顶视作为原岩区、液压支架控顶区、采空区、破断垮落顶板充填体4区支撑的板,建立综放工作面多区支撑的顶板力学模型,开发有限元计算程序,结合二分法反演基本顶作用荷载和周期垮落步距。利用模型研究陕西崔木煤矿综放开采过程中顶板弯矩和剪力分布,分析基本顶沿煤壁前方断裂、煤壁处断裂和采空区断裂的条件、影响因素及影响规律,结果表明:综放开采多区支撑基本顶的最大弯矩发生在煤壁前方;若基本顶在煤壁前方产生拉伸破断,基本顶边界条件改变,引起弯矩重分布,最大弯矩位置转移至煤壁处;若基本顶不在煤壁处断裂,随着工作面推进,基本顶内最大弯矩增大,最大弯矩位置向采空区方向偏移,基本顶将在采空区上方断裂;基本顶最大弯矩位置受支架刚度、基本顶抗拉强度和厚度影响较大,随着支架刚度、基本顶抗拉强度和厚度增大,最大弯矩发生位置向采空区方向偏移,更容易在采空区上方位置产生拉伸破断;基本顶最大剪力位置受周期垮落步距、支架刚度、基本顶厚度影响较大,随着周期垮落步距、支架刚度和基本顶厚度增大,最大剪力发生位置向采空区方向偏移,基本顶更容易在采空区上方产生剪切破断。