Applicable conditions for a classification system of aquifer-protective mining in hallow coal seams

Based on the conclusions of domestic and foreign research, we have analyzed the collapse-fall characteristics of overlying strata and the mechanism of aquifer-protective mining in shallow coal seam working faces at the Shendong Mine. We have selected the height of the water-conducting fracture zone in overlying strata as a composite index and established the applicable conditions of aquifer-protective mining in shallow coal seams with a multi-factor synthetic-index classification method. From our calculations and analyses of variance, we used factors such as the overlying strata strength, mining disturbing factors and rock integrity as related factors of the composite index. We have classified the applicable conditions of aquifer-protective mining in shallow coal seams into seven types by comparing the result of the height of water-conducting fractured zones of long-wall and short-wall working faces with the thickness of the bedrock, the thickness of the weathered zone and the size of safety coal-rock pillars. As a result, we propose the preliminary classification system of aquifer-protective mining in shallow coal seams. It can provide a theoretical guidance for safe applications of aquifer-protective mining technology in shallow coal seams under similar conditions.

考虑采动效应的闭坑矿井水硫酸盐污染规律

高硫煤矿闭坑后成为埋藏在地表以下深部的产酸污染场,对相邻含水层和周边环境造成了潜在危害,且因采动效应影响和矿井空间分布复杂导致相邻含水层的污染过程与污染程度评价困难。以某闭坑矿区为研究对象,选取SO_(4)^(2-)作为特征污染物,考虑多煤层采动裂隙对含水层结构的破坏影响,运用数值模拟技术对闭坑矿区酸性矿井水中SO_(4)^(2-)污染迁移特征进行研究,并分析流体扩散系数对含水层污染物运移的影响。结果表明:SO_(4)^(2-)在二叠系童子岩组砂岩含水层中水平迁移面积随时间增大而增大,增大速率逐渐减小,垂向渗透系数扩大10倍,空间变异性增强;闭坑5、10、15a后,最大水平迁移距离分别为215、414、612m,最大垂向迁移距离分别达到50、65、70m;而扩散系数越大,产酸时间越长,SO_(4)^(2-)迁移距离和污染范围将随之增大,相较于水平方向,垂向上SO_(4)^(2-)浓度变化对扩散系数的敏感度更高。基于模拟结果,结合闭坑矿区实际条件,针对性提出了“源头减量-过程阻断-末端治理”的综合防控与治理方案。研究结果将为该闭坑煤矿酸性矿井水污染治理与防控提供理论基础,也为其他同类矿井提供科学借鉴。

大倾角大采高工作面煤壁失稳机理分析

大倾角大采高工作面煤壁灾变易诱使支架-围岩系统失衡,导致围岩稳定性控制复杂化,故煤壁灾变防控对保障工作面安全生产十分关键,而科学化防控技术的前提是明晰煤壁失稳孕育机制,为此采用数值计算及理论分析法展开研究。研究结果表明:大倾角大采高工作面煤壁承压倾向分区异化,下部区域应力集中程度较中部、上部高,集中区范围由下至上减小,垂向中部应力值较低,应力极值及走向位置与回采距具有正相关性,煤壁揭露前后邻域承压环境会突变,且承压态随煤体破坏演变异化,煤体承压结构会由非连续态经压实过渡为类连续状,而后整体移动至阈值后发生破断结构离散化。煤壁前方塑性区随采动作用不同幅度扩展,其稳定性受制于回采距及速度,低速回采、回采距离增加时煤壁稳定性逐步降低,塑性破裂发育区煤体为支承压力等动载、静载主承体,煤壁失稳是支承压力与扰动区内煤体自身抗压性能动态失衡,由运移、变形等承压行为量变诱发煤体结构质变而破断失稳,承压非对称性及多向耦合造成煤壁失稳分区及范围倾向扩展。

大采高综采覆岩“两带”高度综合探测研究

为获取大采高综采“两带”高度,促进煤炭资源安全、高效开采,以斜沟煤矿为工程背景,综合运用经验公式预估、现场试验探测和数值仿真计算,对18102工作面8#煤综采时的覆岩“两带”高度演化开展研究。结果表明:拟合得到的经验公式仅考虑了采厚因素影响,用于预测“两带”发育高度存在一定的局限性;现场钻探压水试验和瞬变电磁探测综合探测得到覆岩垮落带高度34.6 m,导水裂隙带高度74.8 m;分析了大采高综采时覆岩破坏高度、围岩应力场变化和位移场变化,“两带”高度数值计算结果与试验探测结果吻合良好。研究结果可为类似条件矿山的顶板管理、露头防(隔)水煤岩柱留设等提供参考。

低瓦斯煤矿综采工作面采煤机综合控制研究

传统采煤机综合控制方法是直接建立综采滤波模型,未对采煤机综采参数进行提取,造成耗电量相对较高。提出对低瓦斯煤矿综采工作面采煤机综合控制进行研究。对采煤机综采参数进行提取,通过提取的采煤机综采参数建立综采滤波模型,确定获得的压力传感数据是否正确,最后利用该模型实现对低瓦斯煤矿综采工作面采煤机的综合控制,设计对比实验,证明该控制方法的控制效果更好,具有节能性。

龙泉煤矿4301工作面导水裂隙带动态发育高度研究

针对龙泉煤矿4301大采高综放工作面顶板砂岩裂隙水易突水涌入工作面的开采难题,采用理论分析和数值模拟两种研究方法,探究了4301工作面开采过程中导水裂隙带发育高度的动态演化规律。数值模拟研究表明,4301工作面推进距离小于96 m时,导水裂隙带的发育高度随工作面推进而不断增加,发育最大高度约为75 m;工作面推进距离大于96 m后,导水裂隙带发育高度变化较小,基本稳定于75 m。该研究结果与理论分析所得导水裂隙带发育范围在57~75 m基本吻合,表明数值模拟结果具有一定合理性;工作面覆岩上方K4、K5含水砂岩层处于导水裂隙带发育范围内,保水开采中应重点考虑K4、K5含水砂岩层不被破坏。研究成果揭示了龙泉煤矿4#煤层开采导水裂隙带动态发育特征及其终态发育高度,对于4#煤层开采中覆岩含水层受扰动范围的确定具有重要意义。该研究成果可为类似条件下煤炭资源的安全与绿色开采提供一定参考。

冲击性煤层综放面采空区漏风区域识别及控制方法研究

矿井煤层发生冲击失稳易诱发矿压灾害,且工作面间煤柱破碎形成漏风通道,采空区自燃危险性增强。以孟村煤矿401103深埋冲击倾向性超长工作面为工程背景,通过分析工作面开采时漏风及煤自燃诱因,测定工作面及相邻采空区的漏风规律并数值模拟验证煤自燃危险区域,从而制定漏风控制及煤自燃防控措施。结果表明:401103工作面受冲击矿压影响较大,漏风供氧增加了采空区遗煤自燃的风险;漏风观测数据表明面间煤柱存在漏风通道,使得两工作面采空区形成了复合漏风采空区;在401103工作面推进过程中,煤自燃危险区域主要集中于工作面后部采空区,工作面进风隅角与其临近的401102采空区产生明显的漏风涡流区。采用束管监测、漏风封堵、材料阻化与调节风量等综合防控措施,有效控制了工作面及相邻采空区的遗煤自燃,保证了工作面的安全开采。

煤矿井下复杂地形条件综采面综采技术的应用研究

综采技术应用与煤矿井下综采作业的生产效率、生产安全息息相关,煤矿生产中,综采技术应用是核心要素,在煤矿井下复杂地形的条件下,利用综采工作面的综采技术,要制定恰当、可行的技术方案,考虑到地形条件较为复杂,在综采技术应用中需要明确支护方案的作业流程,强调支护规范性,提高生产质量和井下综采的作业效率与安全性。本文分析了综采面巷道支护方案及技术优势,提出了煤矿井下复杂地形条件的综采面综采技术应用要点。

煤矿综采工作面综合防灭火技术的应用研究

在煤矿综合开采过程中,因为井下大气中有大量的粉尘,并且有高浓度的气体,所以极易引发火灾,严重的话还会引发爆炸。为了避免发生这种事故,给企业造成巨大的人员伤亡和经济损失,保证煤矿综合开采工作的顺利进行,本文将重点放在煤矿综合开采工作面的综合防灭火技术研究,以煤自燃的原理及危害为基础,重点介绍了几种综采工作面的防灭火技术,并对其技术原理及注意事项等展开分析。同时,结合实际的工程案例,研究了防灭火技术在实际工作中的具体应用,采用“注氮”为主,“喷洒阻化剂”为辅,“束管监控”为保障的综合防灭火技术,可有效控制工作面CO、C2H4含量,消除煤层自燃隐患,为综采工作面防火工作提供参考。

综放工作面回撤期间防灭火技术研究

煤矿开采是一项复杂且对技术要求较高的工作,实际开展期间受各项因素影响,容易发生事故,不仅会影响煤矿开采,甚至会造成人员伤亡,危害巨大,因此,在煤矿开采期间必须做好相关内容的探讨,做好分析工作。在概述回撤期间做好灭火的意义基础上,依据工程实例对综放工作面回撤期间防灭火技术进行了深入探讨,希望文中内容对相关工作人员能够有所帮助。

基于多频无线电坑透技术的煤矿地质综合勘探研究

为提高煤矿安全开采的保障能力,研究基于多频无线电坑透技术的煤矿地质综合勘探方法。构建基于“一发双收”的多频无线电坑透方法,采用0.5 MHz与1.5 MHz两种频率,对焦煤公司下属矿井进行煤矿地质综合勘探。经勘探可知,该矿区1101工作面存在3个异常区域,YC1异常区存在煤层裂隙发育与破碎问题,YC2异常区存在旧采空区,YC3异常区存在以往巷采产生的旧采空区,该勘探结果较为精准,未出现遗漏现象;在勘探1131工作面时,发现存在5条地质异常冲刷带,且能有效分析每一冲刷带的严重程度与煤层冲刷情况。该方法可有效实现不同矿区工作面的综合勘探。

急倾斜煤层综合机械化采煤设备三机优化配套研究

常规的综采设备三机配套方法以开采效率优化为主,并未考虑三机生产能力配套问题,会影响三机运行性能。因此,设计急倾斜煤层综合机械化采煤设备三机优化配套方法。选择急倾斜煤层综采设备三机配套型式,根据煤层硬度、厚度、倾角等地质条件,选择合适的采煤机、液压支架、输送机等设备型式,确保三机结构尺寸配套。调整综合机械采煤设备三机配套参数,调整液压支架工作阻力、支护强度、采煤机截割速度、牵引速度等参数,使三机性能配套。匹配综采煤设备三机采支落煤输送生产能力,根据采煤机采煤能力小于输送机运输能力的原则,使三机生产能力配套。实例分析结果表明,该方法的优化配套效果更佳,能应用于实际生产。

矿井导水裂隙带发育高度确定及防治水技术探析

为解决综采工作面回采期间近距离含水层涌水的问题,以塔山矿8111工作面为研究对象,通过FLAC^(3D)数值模拟分析计算、钻孔冲洗液漏失量实测两种手段确定了导水裂隙带的最大发育高度在98.7~102 m之间,在工作面回采期间,将会导通上覆石炭-二叠系砂岩含水层。提出设置水文监测预警系统,对采掘工作面水害、采空区水害及地面水位进行监测,通过地表及大气降水防治水技术、采掘工作面防治水技术进行矿井水患综合治理,旨在提高矿井治理水患的能力,为工作面安全、高效回采提供技术保障。

大倾角煤层综采产效要素系统分析与促产提效精准策略研究

大倾角煤层迄今仍为国际公认的复杂难采煤层,我国赋存较多且广泛,煤质优良。近10多年,先进的大倾角煤层长壁综采技术发展较快,工作环境改善,劳动强度降低,安全水平提升,但一直存在产量低、效率差等亟待解决的问题,致使综采技术经济优势和投资效益不能充分发挥,制约了大倾角煤层综采的高效持续发展。基于多年的系统研究与工程实践,综合分析认为大倾角煤层综采产量效率主要受到地质、设备、工艺、人员、管理、其他等6方面的因素制约,并确定各因素的权重。依据各影响因数的权重有的放矢地采取精准探测、精准检修、精准操作、精准管理、精准培训和精准补充等措施,尤其应更加关注采矿自动化和智能化发展方向并将其作为大倾角煤层综采促产提效的核心精准对策,从根本上改变大倾角煤层综采用人多、产效低的被动现状,实现大倾角煤层长壁综采安全高产减人提效之目标。

巨厚砾岩层下综放工作面冲击地压危险性评价和矿震发生特征分析

为有效监测和防治综采工作面冲击地压事故,以耿村煤矿巨厚砾岩层下综放工作面为工程背景,采用综合指数法评价综放工作面冲击地压危险性,利用微震监测结果研究综放工作面回采期间矿震特征。结果表明:(1)13230综放工作面冲击危险性指数为0.65,属于中等冲击地压类型;(2)综放工作面回采期间矿震主要发生在工作面前方顶底板煤岩体中,工作面处于“见方区”时发生矿震的频次、最大能量和总能量均明显高于“非见方区”的,“见方区”矿震的震源主要位于工作面前方中部顶底板煤岩体和运输平巷上帮顶板煤岩体中;(3)综放工作面顶板周期来压期间通常伴随大能量的矿震事件。研究结果可为耿村煤矿综放开采冲击地压监测和防治提供参考。

中国煤炭开采技术及装备50年发展与创新实践--纪念《煤炭科学技术》创刊50周年

回顾《煤炭科学技术》杂志推动和见证中国煤炭开采技术及装备50年发展与创新实践的发展概况,阐述从煤矿机械化到煤矿智能化的创新历程并重点分析采煤机装备技术研发支撑煤炭开发工艺变革,综述煤矿装备智能化迭代发展并提出煤矿装备智能化发展思路。煤炭开采技术历经炮采、普通机械化开采、综合机械化开采、智能化开采4次重大技术变革,实现了煤炭生产力的巨大进步。采煤机装备研发支撑煤炭开发工艺变革,液压支架支护理论、设计方法、支架架型结构和制造技术的创新支撑实现我国液压支架产品由低端到高端的突破;采煤机制造工艺、机型适应性和监控系统等短板技术攻坚取得重大进展,采高0.8~9.0 m全系列采煤机满足我国煤矿高效生产要求,智能化水平不断提升;大运量长运距工作面刮板输送机关键技术不断突破,450 m超长工作面大运量刮板输送机可靠运行,智能变频一体机传动代替传统CST等传动,节能近30%;大运量带式输送机永磁直驱、芳纶带和无基础带式输送机结构等技术创新具有节能、可靠和智能的显著优势;电液控制和无人化智能开采控制技术快速发展,国产化SAC型液压支架电液控制系统、SAM型工作面自动化系统和SAP型智能供液系统广泛应用;“掘锚一体机+锚运破+大跨距转载”掘锚一体机系统、悬臂式掘锚护一体机+临时支护系统和TBM全断面硬岩掘进系统,解决了采掘失衡难题;智能变频节能传动支撑矿山节能,采煤机装备全面国产化创新与智能制造能力快速提升,研发的30多种煤矿机器人在陕煤柠条塔煤矿集群应用,取得良好效果。煤矿智能化技术快速迭代发展,分析了煤矿数据流分类与关联,提出了煤矿智能化总体技术架构与“分级抽取-关联分析-虚实映射”的数据处理基础理论,综述了煤矿智能化系统耦合与迭代开发进展以及煤矿智能化技术标准体系建设进展,提出包括构建以“煤智云”为基础的数据价值生态,推进复杂条件智能开采工艺与装备及煤矿机器人集群研发,建设系统智能与人文智慧融合的煤矿智慧生态的煤矿智能化发展思路,为企业高质量发展指明了技术方向。

煤层底板采动破坏机制的岩性效应研究

为获取不同岩性的煤层底板采动破坏特征,建立了不同内摩擦角对岩体强度影响的莫尔圆解,构建了采场端部最大底板破坏深度/采空区最大底板破坏深度的比值与内摩擦角的关联公式;运用FLAC3D数值模拟软件,分析了不同岩性条件下的煤层底板塑性区、最大剪应力、弹性应变能分布特征;从能量积聚与耗散的角度,建立了煤层底板采动破坏形态的概化模型;最后,结合平朔19110工作面底板实测数据进行验证。研究结果表明,超前支承压力作用下底板岩性为软弱岩体易发生剪切破坏,而未发生剪切破坏的中硬岩或硬岩,在应力卸荷作用下仍存在进一步破坏的可能性;随着煤层底板岩体内摩擦角的不断增大,煤层底板采动破坏范围的最大值将逐渐由采场端部向采空区后方转移;与煤层底板岩性为中硬岩或硬岩相比,岩性为极软岩或软岩的煤层底板岩体在煤壁附近剪应力和弹性应变能存在明显的衰减,并向深部转移,导致采场端部塑性区范围较明显;将煤层底板采动破坏区域划分为能量释放区、能量承载区、能量平衡区,与煤层底板岩性为软弱或极软弱类型相比,中硬岩或硬岩类型下的煤层底板能量释放区分布范围较小甚至缺失,主要通过能量承载区和能量平衡区实现采动扰动能量的平衡。现场实测发现煤层底板岩性为细砂岩、灰岩等、未发生剪切破坏的坚硬岩体,采动卸荷作用下进一步发生破坏,并呈现出由剪切破坏转变为剪切-拉伸变形复合破坏的特征。

侏罗系特厚煤层综放开采顶板导水裂隙带发育特征研究

以金鸡滩煤矿117综放开采工作面为研究对象,通过光纤监测、采后钻孔冲洗液漏失量观测与拟合计算相结合的方法,研究陕北侏罗系特厚煤层综放开采所诱发顶板覆岩导水裂隙带动态发育规律特征,构建导水裂隙带最大高度预测模型。现场监测显示117工作面综放开采导水裂隙带最大高度220.82~223.75m,平均裂采比20.21,预测模型计算结果与其平均相对误差2.96%。研究结果能够进一步为陕北地区煤矿特厚煤层安全开采防治顶板水害提供科学借鉴。

上覆采空区和含水层叠加富水效应的工作面防治水技术

针对回采工作面上覆采空区和含水层富水叠加效应威胁工作面安全回采的问题,以典型矿井神东煤炭集团布尔台煤矿为研究对象,综合采用地面地质钻探、钻孔岩心精细编录、地面-井下物探联合探测、井下定向钻探、探采对比等技术,应用理论分析、数值模拟和相似材料模拟等方法与工程实践揭示了布尔台煤矿4^(-2)煤顶板采掘扰动条件下含水层富水叠加致灾机理。根据富水危险区综合探测结果,结合定向钻孔精准的区域治理方法,构建回采工作面定向钻探的水害超前区域精准防治模式,对富水区进行工程治理,累计疏放水量5.28万m^(3),实现了对典型工作面的安全高效顺利回采,有效控制了矿井4^(-2)煤采掘扰动富水叠加的灾害。

采空区煤自燃防控技术创新对综放面临时停采的影响研究

综放开采工艺下采空区遗煤自燃危险性突出,在工作面需要临时停采时采空区煤自燃防控显的尤为重要。以王洼二矿115032综放面为工程背景,通过实验得到煤自燃极限参数,结合现场采空区浮煤厚度、氧气浓度和漏风强度的分布,确定煤自燃危险区域分布,最终制定出综放面临时停采防火措施。结果表明,115032综放面煤最短自然发火期为22 d,得到了极限浮煤厚度、下限氧浓度及上限漏风强度的变化规律,浮煤厚度在40℃时出现极大值,浮煤厚度为0.35 m,温度在40℃时,下限氧浓度值为25.42%,上限漏风强度为负值,此时煤是不会发生蓄热自燃;明确了综放面采空区煤自燃“三带”范围,散热带距工作面3~18 m以内,窒息带距工作面73~105 m以上,氧化升温带位于散热带及窒息带之间;当工作面临时停采时,结合采空区煤自燃危险区域,在临时封闭前、临时封闭期间及临时封闭后采取了针对性的防火措施。现场实践结果表明,115032综放面回风巷、上隅角与采空区氧气浓度均保持较低浓度,临时密闭的防火措施取得很好效果,为相似工作面采空区煤自燃防控提供理论、实验与技术借鉴。