Research on Robotized Advance Support and Supporting Time for Deep Fully Mechanized Excavation Roadway

To keep coal workers away from the hazardous area with frequent accidents such as the roof fall and rib spalling in an underground coalmine,we put forward the solution with robotized self-moving anchor-supporting unit.The existing research shows that the surrounding rock of the roadway has self-stability,and the early or late support is not conducive to the safe and reliable support of the roadway,so there is a problem of support opportunity.In order to study the supporting effect and the optimal supporting time of the above solution,we established the mechanical coupling model of surrounding rock and advance support,and investigated the surrounding rock deformation and advance support pressure distribution under different reserved roof subsidence by using the numerical simulation software FLAC3D.The results show that the deformation of surrounding rock increases and finally tends to a stable level with the increase of pre settlement of roadway roof,and when the pre settlement of roof is between 8-15 mm,the vertical pressure of the top beam of advance support reaches the minimum value,about 0.58 MPa.Based on the above research,we put forward the optimum supporting time in roadway excavation,and summarized the evaluation method based on the mechanical coupling model of surrounding rock-advance support.

浅埋综采工作面运输巷主动式超前支护研究

针对浅埋综采工作面运输巷采用单体支柱超前加强支护工作面推采速度与支护速度不协调、工人劳动强度和安全隐患大、难以实现超前区域少人化等问题,以榆家梁煤矿52305工作面为工程背景,采用现场实测、数值模拟和理论分析相结合的方法,实测了单体超前加强支护条件下的运输巷矿压显现规律,对比分析了单体加强支护和锚杆(索)主动式加强支护两种情况下的巷道围岩安全稳定性,并通过理论分析计算了运输巷支护参数,校验了现场支护的适应性及安全性。研究结果表明:52305工作面运输巷围岩属于较稳定型,现场单体超前加强支护条件下,锚杆(索)承载均在额定载荷的85%以内,两帮应力分布基本对称,围岩移近量和松动圈很小,围岩稳定性较好,现场超前支护段支护强度偏富余。采动支承压力影响段,单体支柱主要对顶板0.6 m范围内的局部岩层具有加强支撑作用,远小于锚杆和锚索支护作用范围和强度。取消单体支护后,运输巷围岩依然能够保持安全稳定。在榆家梁煤矿52305工作面运输巷超前加强支护段进行了取消单体支护工程试验,验证了研究结论的可靠性。

深部特厚煤层综放沿空掘巷煤柱优化及巷道支护

为研究深部大采高综放工作面窄煤柱沿空掘巷巷道矿压控制问题,以国能宁煤集团枣泉煤矿2^(-2)特厚煤层130203大采高综放工作面回风巷道为背景,基于实用矿山压力理论,建立了巷道围岩内、外应力场动态结构力学模型,运用理论计算和数值计算针对不同尺寸煤柱煤体应力对比分析,将原留设15 m护巷煤柱缩小至5 m进行了煤柱优化。结果表明:在稳定的内应力场掘巷有利于巷道的稳定性,避免了顶板事故及冲击地压相关灾害的发生,现场5 m小煤柱护巷工程应用中,130203回风巷道小煤柱侧变形量为1050 mm,实体煤帮变形量为400 mm,两帮呈现不对称性变形,底板局部底鼓量为1400 mm;深部特厚煤层综放开采沿空掘巷采用5 m小煤柱护巷方案设计正确,极大改善了巷道围岩的应力环境,整体设计满足生产要求,现场应用良好。130203工作面小煤柱沿空掘巷技术成功应用,为矿井开采提供了可靠的科学依据。

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。

综采工作面沿空留巷支护技术应用

随着煤矿开采深度的加大,以往可获得良好支护效果的传统支护方法,在诸多条件下已出现显著的支护不协调、支护强度低等问题。在进行沿空留巷支护时,出现了与上述类似的问题,给整个综采工作面的正常开采带来了很大的困难。主要介绍了当前综采工作面沿空留巷支护技术应用存在的问题及原因,重点分析了综采工作面沿空留巷的巷旁支护技术和巷内支护技术。

孤岛综放工作面小煤柱沿空掘巷围岩控制技术研究

为提高同宝煤业15106孤岛工作面煤炭资源回收率,提出采用留小煤柱沿空掘巷技术施工辅运顺槽。通过理论计算和数值模拟分析确定了小煤柱宽度为8m,并提出了“锚网索+煤柱侧锚索梁加固+破碎区段煤柱侧巷帮注浆加固”的联合支护方案。应用结果表明:煤柱帮和实体煤帮最大位移量分别为223.56 mm、68.36mm,顶板最大下沉量为216.52mm,底鼓量最大值为172.54mm,沿空巷道围岩变形控制效果显著。此外,采用小煤柱沿空掘巷技术后,区段煤柱宽度由25m缩小至8m,可多回收煤柱资源约10.15万t,经济效益显著。

矿井超前掩护支架运输安撤专用车关键技术研究与应用

针对现阶段综采设备安撤过程中存在的超前支架运输难题,结合超前掩护支架细、长、高的结构特点,开发了一种车身稳定、运载方便、功能丰富和闲置率低的矿井超前掩护支架运输/安撤专用车。利用ABAQUS有限元仿真软件对该装备的部分结构进行模拟,结合力学理论分析,得到符合产品要求的仿真结构。阐明了超前掩护支架运输/安撤专用车的整车结构及工作原理,介绍了整机装配工艺流程及操作流程。超前掩护支架运输/安撤专用车的应用显著提升了矿井作业效率和安全性,节省了人工,降低了企业成本。同时,该专用车突破了传统作业模式,具有自重轻,重心低,运行平稳,装卸便捷,实现了“一专多能”。超前掩护支架运输/安撤专用车的成功应用为矿井清洁能源车辆的开发及自动化、智能化的发展奠定了良好的实践技术和理论支撑。

煤基凝胶材料墩柱对综采工作面过空巷的支护效果研究

为探讨以煤为骨料的胶凝材料形成的墩柱对空巷的支护效果,按相关设计参数及配比对乌兰木伦矿12407工作面遗留空巷支护进行了现场试验与支护效果监测。工作面靠近空巷过程中,墩柱与顶板之间预留的50~100 mm空间逐渐被压缩,与空巷相距3 m时,墩柱与顶板相接触,部分墩柱被压坏,顶底最大移近量为142 mm;与空巷贯通过程中,空巷与硐室交叉口处出现较大下沉,下沉量486.9 mm,靠近该处的煤基墩柱开始碎裂,但空巷顶板保持完整,除交叉口外,空巷其他位置顶底移近量均在200 mm以内;空巷区工作面液压支架压力稳定,工作面顺利通过空巷。该试验结果可为工作面过空巷提供经验借鉴。

综采面应力特性及超前支护技术的研究

在煤矿回采巷道中,单体液压支柱+铰接顶梁的被动式超前支护存在危险系数高和支护作业强度大等问题,一定程度影响了煤矿的回采安全性、效率性。为此,以一煤矿的综采为例,先进行采煤工程概述,然后简述综采面的应力分布规律。其次在皮带巷中提出锚索主动式的超前支护方式,同时借助数值模拟的方法探究该方法下的围岩应力分布特征,确保锚索主动式超前支护技术具有应用合理性。最后,对该超前支护方法进行实地试验,发现两帮及顶板的最大位移量较小,整体的安全性价值较高。

厚煤层综放工作面动压影响巷道围岩补强加固技术研究

以20102运输巷围岩控制工程为研究对象,对动压影响下巷道围岩变形特征进行了分析,发现运输巷围岩变形主要以顶板下沉、巷帮收敛为主。依据运输巷现场条件及围岩变形特征,制定了适合厚煤层动压影响巷道围岩的补强加固技术方案,并与原有支护体系相互配合,共同抵御强动压影响。工程应用后,在动压影响范围内20102运输巷顶底板、巷帮最大位移量分别为341、 492 mm,围岩变形量整体较小,可满足运输巷后续使用需求。

综采工作面快速过空巷技术研究

以山西A矿5302综采工作面回采过空巷为工程背景,为实现采面安全高效回采,结合空巷分布位置、支护方式、围岩岩性、采面矿压显现等情况,针对性提出空巷补强加固方案及安全技术措施。工程应用结果表明:采用锚索+W钢带+架棚补强支护顶板,采用玻璃钢锚杆补强支护巷帮,同时在局部破碎围岩进行注浆加固,可显著提升空巷围岩稳定性;综采面调斜、等压可缩小一次揭露空巷范围,确保空巷处于全负压通风范围中,避免揭露空巷期间出现老顶周期来压问题;采用底板贯通方式揭露空巷,避免采煤机截割空巷顶板锚杆、锚索、 W钢带等金属物而导致顶板失稳。工程应用后,采面过空巷期间可保持4.8 m/d的推进速度,期间未出现矿压异常、空巷围岩变形量大等问题,表明现场采用的过空巷技术效果显著。

综采工作面顶板管理控制技术研究

综采工作面顶板的管理和控制对煤矿安全生产十分重要。结合山西A矿11001综采工作面的实际情况,对回采过程中采用的顶板控制技术和管理措施进行了详细分析。针对顶板控制技术,重点探讨了超前支护的单体液压支柱的选型;针对顶板管理措施,重点分析了工作面顶板管理、冒顶处理、过硐室以及泥岩顶板处理等。以期为煤矿综采工作面顶板管理提供一定的技术参考。

超长综放工作面超前支承压力显现规律研究

为掌握综放工作面矿山压力显现规律,采用数值模拟计算的方法建立综放工作面物理力学模型进行分析。结果表明,工作面支架所受载荷主要是顶煤和基本顶变形运动产生的变形压力,故提高支架的初撑力和工作阻力对改善工作面顶板的结构状态、维护下位顶煤的稳定性有积极作用。工作面前方支承压力约呈抛物线分布,峰值位于煤壁前方4~8 m处,峰值点应力集中系数为1.3~1.7。

工作面超前支护预应力注浆锚索技术的研究应用

长平煤业五盘区5308首采工作面采用重型放顶煤工艺开采,由于埋深大、底板直接底为泥岩,单体支柱穿底,两顺槽超前巷道帮鼓、底鼓严重,传统的单体柱配金属梁超前支护形式不能满足安全高效生产需要,急需探讨科学有效的新型超前支护技术。基于此,提出以“预应力注浆锚索补强”为技术核心的回采巷道超前支护技术。结果证明,以“预应力注浆锚索补强”为技术核心的超前支护技术可变被动支护为主动支护,能够提高顶板整体强度,改善巷道围岩条件,创造了安全舒适的作业环境。

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。

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。

综采工作面预裂切顶卸压沿空留巷技术

为提高资源回收率,降低巷道失修率,对3301工作面开展沿空留巷技术,采用“切顶卸压+补强锚索”支护方案,对预裂钻孔的切缝深度、切缝角度、爆破孔装药方式、破坏半径等进行理论计算。根据回采期间工作面不同区域受力状态不同,划分出三个应力区域,采取针对性的补强支护方案。经过观测分析,沿空留巷顶板最大移近量为144 mm、底鼓量为317 mm、两帮最大移近量为405 mm,锚杆拉拔力试验合格率达到81.2%,预裂爆破后的沿空留巷成本降低645元/m,效果明显。

深井综放面回采巷道超前支护范围及支护阻力研究

新河煤矿主采煤层平均埋藏深度达到960 m,应力环境复杂,巷道支护困难。为解决大埋深工作面巷道超前支护困难的问题,以5302综放工作面为工程背景,现场监测确定超前支承压力影响范围平均157.5 m,通过数值模拟得到超前支承压力区的范围均值为161.3 m,通过理论计算研究5302进风巷和胶带顺槽超前支护参数,通过现场实测验证设计参数的合理性。结合各个方法确定超前支护范围为162 m,构建了综放工作面回采巷道力学结构模型,5302进风巷超前支护设计为单元支架布置在巷内煤柱一侧,同时在实体煤帮侧布置一排单体支柱,排距为1.0 m;5302胶带顺槽超前支护为每米巷道支柱数量为3根。通过现场围岩变形实测分析,超前支架支护适应性较强,有利于工作面安全生产。

综采工作面切巷二次扩巷技术的成功应用

为达到综采工作面安装作业空间要求,郑新公司芦沟煤矿三五井21051综采工作面安装前,采用工字钢对棚支护,对切巷进行二次扩巷,加大支护断面,增加有限作业空间,以满足综采工作面安装安全条件,保证安装作业的安全性和实用性,具有一定的借鉴和推广价值。

特厚煤层综放面超前支护液压支架设计及应用

为了降低特厚煤层综放工作面巷道超前段单体柱支护风险,简化支护工艺,提高作业效率,基于不连沟煤矿特厚煤层地质赋存与综放开采工艺特点,开展了特厚综放工作面巷道超前支护液压支架选型设计,并进行了现场工业性试验。现场试验结果表明,应用ZQL2×6500/27/50D型端头超前液压支架过程中,巷道超前段顶板最大下沉量为127 mm,两帮最大移近量为466 mm,工作面液压支架最大工作阻力为46 MPa,巷道超前段顶板和两帮变形得到了有效控制。现场试验取得了较好的效果,可为特厚煤层综放工作面超前液压支架支护技术提供参考。