两次采动影响下小煤柱巷道切顶卸压围岩控制技术

为解决多次采动影响下留小煤柱巷道矿压显现剧烈、围岩变形量大的问题,提出了“切顶卸压+顶、帮锚索补强”联合控制技术。以贾家沟煤矿10115运输巷为工程背景,分析了切顶卸压位置、高度与巷道围岩垂直应力分布的关系,给出切顶卸压关键参数,并研究了留小煤柱巷道在切顶卸压后受两次采动影响下的矿压显现规律。结果表明:切顶卸压后,煤柱上的应力峰值随切顶深度的增加呈指数降低;10115运输巷在邻近工作面一次采动过程中巷道围岩变形依次呈现出无变形、缓慢变形、快速变形和围岩稳定的变化规律,本工作面二次采动过程中巷道围岩变形依次呈现出明显变形和剧烈变形的规律;巷道围岩在受二次采动影响时变形更加剧烈,巷道变形量为一次采动时的3.0~7.5倍。

坚硬顶板切顶卸压技术对巷道围岩变形规律影响

针对特厚煤层坚硬顶板、宽煤柱条件下临空巷道面临的高围岩应力、大变形等问题,以老石旦煤矿16403综放工作面为工程研究背景,从宽煤柱顶板侧向破断结构角度对临空巷道大变形的影响因素进行了理论分析,采用数值模拟方法研究了对16402运输巷实施不同切顶卸压方案时,临近采空区的16403回风巷侧向顶板采动应力传递规律,并在现场施工水力压裂钻孔进行切顶卸压,实现临空巷道围岩变形控制。研究结果表明:“低位坚硬岩层悬臂梁+高位坚硬岩层砌体梁”破断结构是特厚煤层宽煤柱临空巷道大变形的主要原因,可采用切顶卸压技术破坏宽煤柱顶板侧向破断结构来控制临空巷道围岩大变形;切顶角变化可使关键块B长度发生改变,切顶角越大,则关键块B长度越小,临空侧顶板载荷向煤柱传递的程度越弱,临空巷道围岩承受的采动应力越小,切顶角为100°时临空巷道围岩垂直应力与变形量最小;在16402运输巷以切顶角100°施工水力压裂钻孔后,16403回风巷顶底板变形量较未实施切顶卸压的16402回风巷减小86.5%,两帮变形量减小87.1%,临空巷道围岩稳定性得到极大提高。

采煤工作面巷道水力压裂切顶卸压技术研究

某煤矿2304工作面悬顶垮落,造成巷道变形严重。采用水力压裂切顶卸压技术破坏顶板岩层完整性,减小顶板垮落对工作面的破坏。现场工程实践表明,卸压后巷道最大顶底板变形量均在安全范围内,水力压裂切顶卸压取得良好的施工效果。

同忻矿山小煤柱工作面矿压综合治理技术试验研究

同忻矿8210小煤柱巷道虽处于采空区侧向应力降低区内,围岩应力环境较好,但同时也伴随着巷道围岩整体松软破碎,小煤柱整体完整性较差,承压能力弱,不利于巷道维护,也为矿山工作面安全管控带来一定隐患。因此,同忻矿山决定开展小煤柱工作面矿压综合治理研究,采用初采切眼爆破放顶、尾巷爆破切顶卸压及头巷水力致裂工艺降低矿压影响,提升初采期间顶煤回收率,控制巷道变形。试验结果表明,初采切顶爆破效果良好,初次来压步距及来压强度得到有效缩短弱化,初采可放煤距离大大缩短。尾巷切顶卸压成功爆破400个孔,围岩控制率提高了37%。头巷超长孔定向水力压裂效果良好,裂隙发育充分,达到预期效果。

采煤面顺逆风情况粉尘逸散数值模拟分析及防治

为了更深入了解采煤面粉尘污染规律并进行有效防尘,依据流体力学理论,运用Fluent软件对工作面采煤机顺逆风2种情况下截割-移架的产尘逸散规律进行数值模拟研究。结果显示:工作面平均风速顺风较逆风大。由于移架相对位置差异和工作面煤壁变截面位置不同,顺逆风割煤时粉尘分布存在较大差异。顺风割煤时,粉尘带位于采煤机下风侧50 m范围内人行道周围区域;逆风割煤时,产尘集中在滚筒附近及其下风侧0~45 m,浓度最高达2000 mg/m^(3)。从底板至顶板高度来看,顺风割煤时对底板和顶板附近的污染更为严重,但对呼吸带高度污染范围较小。根据模拟结果,提出了以导流板、采煤机喷雾杆(块)相结合的综采面粉尘防治措施,以达到高效抑尘的目的。

挡尘板对采煤机截煤产尘的影响研究与设计

采煤机截煤产尘作为综采工作面最大的尘源之一,受采煤机机身阻挡,采煤机截煤产尘横向扩散,迫使粉尘向支架行人侧扩散,污染作业人员区域环境。为了探明挡尘板对采煤机截煤产尘影响,结合神东某工作面的具体情况构建了综采工作面采煤机截煤产尘的三维模型,采用数值模拟的方法对工作面的风流-风速分布、粉尘质量浓度、粉尘运移规律进行研究。结合工作面的结构特征设计了挡尘板,并进行了现场应用。结果表明:相较于正常通风的综采工作面,挡尘板对采煤机截煤产尘的影响较大,在与采煤机上风侧端面齐平的情况下,能够将10 m范围内的粉尘全部阻断,20 m范围内的粉尘控制在50 mg/m^(3)。通过工程应用,设计了可移动的机构,满足其随采煤机移动的需要,同时采用上梁下空的结构,防止煤块的冲击引发的失稳。粉尘浓度测试表明,采煤机上、下风侧司机位置的降尘效率达到了90%以上,超过20 m范围的降尘效率在70%以上。

煤矿智能化采煤工作面装备关键技术研究与应用

阐述了智能化采煤工作面装备技术应用的研究背景,介绍了智能化采煤工作面主要装备的关键技术特点,指出了主要装备技术的创新点及主要突破点,并分析了现场实际应用过程中取得的经济、社会和安全效益,为智能化采煤工作面装备配套及安全高效生产提供了技术保障。

澄合矿区工作面高效回采保障措施

为确保澄合矿区采煤工作面的安全高效回采,以矿区所属山阳煤矿、合阳公司、董矿分公司以及董东煤业4对生产矿井回采出现的问题为参照,从管理及技术2方面,提出适合澄合矿区的高效回采保障措施。从强化人才队伍建设、强化设备全生命周期管理、做好环境不安全因素的应对措施管理以及深入开展采煤工作面全过程质量管理4个方面入手,总结生产中的问题及处理措施,形成可复制、借鉴的管理经验。从技术上,结合近年来为解决生产过程中的问题开展科研攻关所取得的技术成果,通过注浆加固、切顶卸压、水害超前治理等技术手段,为矿区复杂地质条件下工作面开采提供参考。

车村煤矿一号井综采工作面沿空留巷技术实践

为了提高煤炭回采率,实现煤炭完全、绿色开采,车村煤矿一号井综采工作面借鉴临近煤矿的成功经验,进行了预裂切顶沿空留巷技术实践。运用放炮预裂,控制炮眼位置、角度及装药量,增加单体液压支柱临时支护,切断“砌体梁”“传力岩梁”的应力传递,改变老顶位态,优化围岩应力分布。将3101综采工作面运输顺槽留做3102综采工作面回风顺槽使用,取消上下工作面间预留煤柱,排除煤柱引发的煤层自然发火隐患,减少煤炭资源浪费,缓解工作面接续,从而实现综采工作面沿空留巷的安全高效开采。

中厚煤层综采工作面切顶卸压沿空留巷应用研究

针对杜儿坪煤矿中厚煤层综采工作面回采率低、掘进成本高、采掘接续紧张等相关问题,以62709工作面回采巷道为工程背景,结合理论分析和现场工业试验,采用爆破切顶卸压和沿空留巷技术,通过中厚煤层综采工作面切顶卸压控制技术的关键参数优化,确定“切顶卸压+恒阻大变形锚索联合支护”协同控制方案。切顶高度为8 m、切顶角度为15°的情况下,具有最佳的切顶卸压效果。现场试验结果表明,在回采过程中,巷道爆破切顶段顶板动量较未切顶段下降约40%,巷道两侧变形量较未切顶段下降约50%。该技术对提高煤炭的回收利用率,缓解生产接续紧张的压力,推动煤炭企业可持续发展有重要作用。

特厚煤层切顶卸压迎采掘巷切顶高度研究

以山煤集团韩家洼煤矿22402回风顺槽为工程背景,通过理论分析、数值模拟以及现场试验对特厚煤层切顶卸压迎采掘巷切顶高度进行研究,结果表明切顶高度为41 m时切缝恰能切断细砂岩基本顶,充分发挥采空区垮落矸石的碎胀支撑作用,从而降低采动影响下的迎采巷道围岩变形特征,通过切顶卸压从而保护相邻工作面顺槽及煤柱顶板完整性。

大采高工作面支架刚度对煤壁稳定性的影响效应研究

大采高开采技术是我国厚煤层开采的主要技术选择之一,大采高工作面一次割煤高度增大,煤壁稳定性降低,煤壁破坏成为制约该类工作面生产潜能释放的关键因素。为提高大采高工作面围岩稳定性,实现厚煤层高效开采,采用理论分析、室内试验和现场实测等综合手段分析了支架刚度对煤壁稳定性的影响。结果表明:大采高工作面存在3种常见煤壁破坏形式:硬煤劈裂式、中硬煤剪切式和软煤塑性流动式;定义煤壁稳定性系数为煤壁极限承载能力与作用在煤壁之上的顶板载荷之差同顶板载荷之比,得到顶板载荷对稳定性系数分布特征的影响;建立顶板冲击力学模型,基于能量原理,提出了作用于煤壁之上的顶板载荷确定方法;分析了支架刚度对煤壁稳定性系数的影响,随着支架刚度的增加,作用于煤壁之上的顶板载荷降低,煤壁稳定性升高,顶板载荷及煤壁稳定性对支架刚度的敏感性逐渐降低;开展不同支架刚度条件下煤壁稳定性相似模拟试验,支架刚度为1.0、1.5、2.0 MN/m的条件下,煤壁极限承载能力分别为17、19、20 kN,煤壁的最大横向变形量分别为40、30、25 mm,煤壁破坏面积分别为0.41、0.32、0.21 m^(2),试验数据验证了理论分析结果的正确性;最后将提高支架刚度措施应用于乌兰木伦31402大采高工作面,煤壁稳定性得到有效控制。

煤矿巷道类矩形全断面掘进机切割机构设计及仿真分析

为解决我国煤矿巷道领域类矩形隧道全断面一次掘进成型及快速掘进难题,针对宽6 m、高4.2 m的类矩形隧道,开展全断面掘进机切割机构研究。通过分析多种隧道成型技术方案特点,确定了一种由左右三臂刀盘和上下截割滚筒组成的切割机构技术方案;结合煤矿巷道实际需求,设计了类矩形隧道成型形状;开发设计了刀盘、截割滚筒结构,进行了截齿选用、布置;采用Solid-Works软件分别建立了三臂刀盘和截割滚筒三维模型,利用ANSYS软件分别对三臂刀盘和截割滚筒做了模态分析和静力学分析。结果表明:1)采用圆形刀盘与截割滚筒组合式切割机构,能够实现全断面类矩形隧道的掘进成型;2)切割机构能够满足强度及刚度的要求且不会发生共振现象;3)实际煤矿巷道掘进应用表明,切割机构具有较高的掘进效率,在煤矿巷道类矩形隧道领域具有较好的应用前景。

基于透明地质的综采工作面规划截割协同控制系统

随着煤矿智能化逐步应用开来,透明地质技术成为智能化开采的重要技术支撑之一。针对当前透明地质技术成果在智能开采应用中与装备控制集成融合度不高的问题,研发了基于透明地质的综采工作面规划截割协同控制系统。该系统以智能规划中心和开采控制中心为核心,智能规划中心以地质模型等数据为依据,生成截割模板和控制策略;开采控制中心负责协同控制综采装备,依据截割模板执行控制策略。阐述了系统的两项关键技术,截割模板规划技术和综采装备协同控制技术。截割模板规划技术包括滚筒高度规划和截割工艺段规划。滚筒高度规划采用基于趋势分解与机器学习的滚筒高度预测方法,生成规划高度模板;截割工艺段规划根据单个工艺段的特征,结合中部和端头的截割工艺,形成了工艺段规划表。综采装备协同控制技术包括采煤机支架协同控制和煤流负荷协同控制。采煤机支架协同控制提出了截割前工艺适配和截割中实时调整的控制策略,保证采煤机运行时,支架能够自动跟机作业;煤流负荷协同控制提出了基于线性规划的控制方法,推导出采煤机速度的线性规划函数,用以调整采煤机的速度实现煤流负荷平衡。现场应用和试验表明:采煤机按照规划截割工艺自动执行,试验过程中每刀人工干预次数最大值为25次,人工干预次数下降64.28%~68.75%,刮板输送机负荷平稳可控,没有空载或停机现象。研究成果为智能化开采进一步提升提供了一定的参考价值。

透明工作面采煤机规划调高策略研究

基于透明工作面地质模型,提取规划截割曲线,制定采煤机调高策略是煤矿智能开采的核心;其中研究采煤机如何利用截割曲线实现高效截割是打通地质模型与综采设备智能联动的关键;采煤机通过控制摇臂进行规划截割,摇臂的控制是通过调节油缸的高度决定的,如何将透明地质模型的采高、俯仰角、倾伏角等参数转化为调节采煤机油缸高度的参数是实现透明工作面规划截割的关键。分析了基于透明地质模型的截割曲线规划原理,建立了透明工作面自动调高模型,分析了截割曲线与油缸调节高度之间的映射关系,并在此基础上进行了采煤机规划调高的工程应用,验证以地质模型指导采煤机规划调高的可行性。研究结果表明:基于透明地质得到的截割曲线能够指导采煤机实现高效采煤;从截割曲线计算得到的采高、卧底和坡度等关键参数可控制采煤机油缸的自动调高;在构建采煤机自动调高模型和分析相关影响因素的基础上,通过提高模型精度可达到精准控制油缸高度的目的,为实现透明工作面智能开采提供了坚实的技术支撑。

标准指导下的金家渠煤矿大倾角煤层智能化工作面建设

以煤矿智能化建设指南和综采工作面安装回收工作标准为指导,介绍了智能化工作面设备配套原则及其配置标准;针对工作面的空间尺寸规格和形状决定智能化工作面设备的安装质量和作用效果发挥,研究确定了两巷相关参数以及开切眼施工工艺;阐述了金家渠煤矿大倾角煤层110401智能化工作面采煤机、液压支架、刮板输送机、转载机、破碎机等设备以及电缆管道的安装布置工艺;依据工程设计标准,对该工作面进行了安装施工预验收,并参照山西省地方标准DB14/T 20602020智能煤矿建设规范,对该智能综采工作面进行了整体验收。

哈拉沟煤矿22105综采工作面矿压规律研究

22105工作面位于哈拉沟煤矿井田22上煤一盘区,宽度251.8m,推进长度1920.5m,回采面积48.4万m^(2),煤厚1.6~2.4m,煤层平均厚度1.8m,倾角为1°~3°,整体呈正坡回采,局部有波状起伏。对工作面初次压力及周期来压步距进行了分析,对回采过程中遇到的问题及解决措施进行了阐述,对以后类似综采工作面的回采具有指导意义。

切眼扩刷无锚支护一体化施工工艺应用

为工作面快速具备采煤条件,解决工作面切眼扩刷与支架安装时间周期长、工艺复杂的问题,提出无锚支护一体化施工工艺,经过工艺改进,利用单体柱代替锚网索加固扩帮段巷道顶板,后巷紧跟液压支架安装的平行作业方式,经实践表明:切眼扩刷无锚支护一体化施工较扩帮锚网索支护工艺节约18天工期,节约生产成本14.2万元。

大采高工作面端头静态胀裂切顶技术研究

大采高工作面回采过程中,端头后方顶板不易及时垮落。优选适应性高、安全高效的大采高工作面端头切顶技术与工艺,对于煤矿安全生产具有一定现实意义。通过对高效煤岩静态胀裂剂性能和现场工程应用实践的不断探索和深入,以大柳煤矿1405大采高工作面隅角悬顶问题为研究背景,采用高效煤岩静态胀裂切顶卸压技术,通过优化设计钻孔关键参数及数值模拟分析等技术手段,构建一套适用于大采高强矿压工作面的静态胀裂切顶技术与工艺,使端头顶板实现定向垮落。经实践表明,高效煤岩静态胀裂切顶卸压技术保证了顶板及时垮落,有效防止了端头处坚硬顶板悬顶距离过长对巷道内超前支护段造成强矿压影响。

中厚煤层小煤柱护巷切顶卸压技术研究

为避免开采断层上盘煤层对采区煤仓造成采动影响,降低采动压对采区准备巷道的影响,对保护煤柱尺寸进行计算、分析,确定了煤仓保护煤柱尺寸,采取切顶卸压技术对采区煤仓及采区巷道进行保护,为类似地质条件下采区煤仓煤柱尺寸留设提供了宝贵经验。