面间煤柱与顺槽“掘-充-留”一体化科学问题与技术

我国将煤炭作为兜底保障能源的局面短期内无法改变,仍将长时间面临煤炭资源保护与煤基固废利用率低的难题。通过创新采掘方法,同时实现提高煤炭资源回采率、规模化处置煤基固废,为煤炭行业绿色可持续发展提供了新途径。在深入调研煤炭资源开采技术发展现状的基础上,提出了煤矿“掘-充-留”掘进新工法。从大断面巷道快速掘进、连续高效充填和巷道安全留设3个方面,通过理论分析、数值模拟等手段,系统论述了“掘-充-留”工法的科学问题和关键技术,研究结果表明:①针对大断面巷道快速掘进、掘进工作面围岩稳定性控制等工程难题,凝练了煤岩特性与掘进机截割参数匹配机制、覆岩载荷空间传递机制与围岩变形机理、锚杆/索-顶板相互作用关系及支护机制3个科学难题,构建了以掘进区地质环境超前实时感知、落-装-运煤多工序智能协同作业、钻锚支架随掘随支围岩时效控制和大断面巷道防漏风及通风优化为核心的技术体系;②从大断面巷道承载体系及时构建及其承载性能调控两个方面凝练了连续高效充填的科学问题,包括充填体-煤层-锚杆/索协同承载机制、多元固废基充填材料水化固结机制,明晰充填体物理力学特性时空演化规律,建立了充填空间安全高效搭建、充填材料工作性能调控、充填材料流动-固结感知为核心的连续高效充填关键技术体系,相关理论与技术的突破可以为充填材料的原材料优选及配比设计、添加剂开发/选型及工作性能调控、掘进速率及充填步距优化设计、充填体固结监测等提供基础理论依据;③基于巷道安全留设及全生命周期内围岩易断裂、易片帮和易损伤等关键难题,阐述了巷道围岩应力场时空分布特征、巷道变形与损伤演化机制、巷道围岩工程质量监测与稳定性调控理论3个科学问题,形成了以巷道围岩稳定性智能预警、巷道围岩变形控制为核心的关键技术体系。开展煤矿“掘-充-留”工法的科学研究与工程示范,实现固废规模化处置-面间煤柱高效回收-顺槽快速掘进的协同,可以推动煤炭行业绿色低碳转型发展。

煤矿双巷连掘工作面智能化锚杆钻车研究与应用

基于现有四臂顶锚杆钻车、六臂帮锚杆顶锚索钻车,对其进行智能化升级改造,研制智能化四臂顶锚杆钻车、智能化六臂帮锚杆顶锚索钻车,并在双巷连掘示范工作面开展试验应用。结果表明:2种钻车实现了顶/帮锚杆、顶锚索支护钻孔施工的电液智能化控制,在局部少量人工辅助下完成顶/帮锚杆支护钻孔、锚固全流程自动化施工,起到了减员、提效作用,为煤炭行业智能化转型提供技术支撑和有益参考。

机载钻架连续采煤机的研制

分析了连采连充工艺特点及现有采掘装备适应性,对机载钻架连续采煤机结构组成、整机参数及技术特点进行了阐述。通过与现有掘锚一体机进行对比,详细说明了机载钻架连续采煤机在连采连充采掘作业中的适应性和技术优势。相关技术装备在永乐煤矿保水充填开采中进行了应用,显著提升了作业安全性和开采效率。

轮斗挖掘机+自卸卡车连续采煤开采工艺在哈密一矿的应用

为解决哈密一矿轮斗挖掘机+前装机+自卸卡车间断开采工艺二次倒运带来的环保差、效率低、成本高等问题,拟采用轮斗挖掘机+自卸卡车连续采煤开采工艺;介绍了工艺设备和作业参数,重点论述轮斗挖掘机向自卸卡车智能对准装车系统,并进行了经济指标测算。结果表明:轮斗挖掘机可与自卸卡车进行匹配,并实现智能对准装车,形成高效的、环保的连续采煤工艺,有效解决原煤二次倒运;实现轮斗挖掘机+自卸卡车连续采煤工艺后,累计节约成本588.0元/a,生产效率提升10%。

露天矿轮斗连续采煤工艺适应性评价与系统布置

为了解决大型露天矿轮斗连续采煤工艺适应性评价仍采用定性分析、缺乏量化评价的难题,在分析各项因素对工艺适应性的影响机理基础上,提出采用可信度模型对适应性进行统一度量的量化评价方法,以提升轮斗连续采煤工艺适应性评价的系统性和科学性。以新疆某露天矿为工程实例,构建轮斗连续采煤工艺适应性评价体系,以可信度模型有效地实现了轮斗连续采煤工艺适应性定量化评价;最终确定B2′和B1煤层应用轮斗连续采煤工艺的适应性分别为0.777 4和0.728 7;结合露天矿现状对工艺布置及开拓运输系统进行了优化设计,进一步确定了其应用轮斗连续采煤工艺的可行性。

采区水仓快速综掘施工技术与研究

为确保陈四楼煤矿采区接替平稳过渡,需要加快十八采区水仓施工进度尽快完成采区永久排水系统,以便为后续回采巷道正常进行掘进提供安全保障。十八采区水仓由于受水仓容量和泵房位置的限制,需要多次连续拐弯施工。为加快巷道施工进度同时解决水仓连续大角度拐弯无法实现连续出矸的难题,陈四楼煤矿尝试采用“综掘机+耙装机+胶带输送机”连续出矸方案,通过不断尝试和优化形成了陈四楼煤矿采区水仓快速综掘施工技术体系,平均月单进达120 m以上。结合陈四楼煤矿十八采区水仓施工过程,从工程设计、设备选型、施工方法等方面详细介绍了采区水仓快速综掘施工技术体系,为以后相似工程提供了技术参考。

预掘巷道开采技术在区段内连续开采中的应用

针对新集二矿2101采区连续开采存在采掘接替紧张的问题,在210102工作面应用预掘腰巷沿空掘巷,即待210106工作面回采超过腰巷后再施工210102机巷里段;在210100工作面采用预掘机巷沿空留巷,待210102工作面回采后再进行巷道修护。预掘巷道开采技术的应用,有效解决了采掘压茬期对连续开采的限制,实现了2101采区工作面的连续开采,对类似条件下区段内连续开采具有较好的借鉴价值。

新型岩巷掘进连续出矸作业线研究与应用

通过分析传统的岩巷掘进出矸系统,提出了一套新型岩巷掘进连续出矸作业线,即"挖掘装载机+胶带机+矿车",实现了岩巷连续快速出矸作业,并在陈四楼煤矿八采区行人下山岩巷掘进中进行应用,结果表明,新型出矸系统大大提高了出矸效率,省去了临时矸石仓的环节,解决了制约巷道掘进速度的出矸问题。

新工艺、新技术、新装备在固体钾盐开采中的应用

介绍了以连续采矿机、悬臂式掘进机为龙头的新工艺、新技术、新装备的应用情况,为固体钾盐矿床开采开辟了新途径。现已开展固体钾盐矿开采技术与装备标准体系的研究及相关重要标准的制定工作,该项目完成后将填补钾盐行业没有技术标准的空白,能推动我国连续采矿机开采技术、悬臂式掘进机巷道掘进技术的开发及推广应用,为钾矿开采企业的机械化、规模化、集约化提供技术支撑。

连采机在煤矿双巷掘进中的应用

以韩家湾煤矿2102辅运顺槽和2102皮带顺槽为例,介绍了连采机掘进施工影响因素,并根据矿井实际确定了掘进施工工艺和支护工艺。结果表明,采用连采机掘进施工相比于同等地质条件下采用综掘机掘进施工速度提高了将近一倍。该连采机高效掘进施工实践也有效缓解了矿井接替紧张局面。

基于C-F方法的露天煤矿轮斗连续工艺系统可靠性分析

轮斗连续工艺系统具有自动化程度高等诸多优势,符合露天煤矿智能化发展要求。轮斗连续工艺系统可靠性计算方面的研究主要集中于系统本身,没有与外部影响因素相结合进行整体考虑。而现实应用中多会遇见外部环境、地质等因素引起系统可靠性降低的问题。为解决轮斗连续工艺系统可靠性计算中存在诸多不确定性因素难以度量、难以评价的问题,分析了轮斗连续工艺系统可靠性的影响因素,提出采用C-F方法对轮斗连续工艺各环节及外部影响因素的不确定性进行统一度量,以实现可靠性的有效评价。以扎哈淖尔露天矿为工程实例,构建了轮斗连续工艺系统可靠性评价体系,以统计分析与模糊评价法确定了各证据的可信度,以主客观综合赋权方法确定了各证据的权重,通过证据的合成与传递有效地实现了可靠性的定量化评价,最终确定轮斗连续工艺系统可靠度为0.6535。提出了采用疏干措施提高轮斗连续工艺系统可靠性。

掘进机在锦丰金矿冗半矿区巷道掘进中的应用

随着科技的飞速发展,矿山工程施工机械化程度越来越高。介绍了EBZ260H型掘进机的主要结构、工作原理、适用条件和截割作业工艺等。以锦丰金矿冗半矿区基建工程为背景,详述了EBZ260H型掘进机在冗半矿区560 m主运平硐的施工过程。工程应用表明:EBZ260H型掘进机在巷道掘进时具有掘进成本低、掘进速度快等优点,值得在同类型矿山井巷掘进中推广应用。

德国露天煤矿开采技术与装备发展研究

为了借鉴德国露天煤矿发展的经验、推动我国露天煤矿的高质量发展,研究了德国露天煤炭资源分布、露天煤矿生产现状、生产结构、开采技术和装备应用等方面的特点和经验。研究表明,德国在煤矿开发的历程中,充分发挥了褐煤资源的赋存厚、埋藏浅且稳定的特点,在山地、丘陵、草原、森林利用露天开采生产规模大、劳动效率高等优势建立了大规模露天煤矿群,并取得良好的生态和经济效益;同时德国利用其在矿山设备制造的优势,引领了露天煤矿连续、半连续工艺的使用及相关设备的制造,培养了塔克拉夫、克虏伯等一批世界级企业,实现露天煤矿开采设备的国产化,极大地降低了露天煤矿的生产成本,保障了露天煤矿生产的稳定。德国露天煤矿的开采经验说明,在我国煤炭资源条件适宜的地区持续扩大露天煤矿生产规模的做法是正确的,提高露天煤矿工艺装备的可靠性及自主生产能力对我国露天煤矿成本的降低、产量规模的稳定具有重要意义,也是实现我国露天煤矿高质量发展的必经之路。

煤矿连掘工艺的施工作业与管理研究

分析了煤矿连掘施工作业的主要内容、方法、适用条件,提出确定循环距离的方法和原则,阐述了施工设备、生产系统及生产管理等内容。希望能够充分发挥连掘工艺的优势,形成破煤、装煤、转载、运煤、支护等工序的一次完成,提升双巷及以上平行巷道的一次掘进工作效率。

川南矿区突出煤层复杂地质条件下快速综掘技术

在极复杂地质条件下半煤巷的综掘过程中,巷道布置、支护设计时必须以矿区地层、地质构造、煤层及煤层顶底板性质等地质资料为基础,综合考虑巷道构造情况、掘进方法、回采工艺、现场生产的需要、生产系统的便利与可靠性和施工因素等内容,合理选择巷道位置、支护方式,这对指导矿井的安全高效掘进生产具有重要意义。能适应全矿“一矿一面”总体目标,确保采掘接替正常,从而实现建成安全、高效矿井的要求,实现减员增效的目标,满足巷道治灾需求,提高巷道成形,为沿空护巷创造条件。

突出煤层巷道快速掘进及瓦斯治理技术研究

本文针对马脊梁矿主采煤层瓦斯地质条件,调整单巷掘进施工工艺为双巷、三巷连采施工工艺,同时制定了合理的瓦斯治理措施。实践应用效果表明:巷道掘进速度从485m/月提高到688m/月,解决了采掘接替紧张问题,瓦斯治理措施有效地保障了煤矿井下开采安全。

连采双巷快速掘进工艺优化

为进一步提高寺河矿连采工艺双巷掘进效率,基于新防突细则的实施为背景,研究了寺河矿连采工艺双巷快速掘进技术,介绍了进行该研究的必要性,提出了掘进工艺改进与施工组织的优化策略,进行了现场试验,经快速掘进设计与优化后单进水平提升21%以上,为类似工况下的连采工艺双巷快速掘进技术提供借鉴。

大佛寺煤矿“12551”采掘接续及单进提升管理理念

大佛寺煤矿属于冲击地压、高瓦斯、水文地质条件复杂矿井,水、火、瓦斯、煤尘、顶板、冲击地压等灾害“一应俱全”。矿井采煤与掘进之间的关系不协调,生产与灾害治理的能力不匹配,是制约矿井安全高效生产的2个主要矛盾。为解决以上问题大佛寺煤矿提出“12551”采掘接续及单进提升管理理念,即1项布局(优化开拓布局),2项超前(超前地质探查、超前灾害治理),5项优化(优化巷道设计、优化施工工艺、优化支护参数、优化劳动组织、优化队伍配置),5项提高(提高掘进装备、提高开机率、提高人员素质、提高服务系统保障、提高工资待遇),1项降低(降低万吨掘进率),实现接续平衡、单进提升。