Analysis and key control technologies to prevent spontaneous coal combustion occurring at a fully mechanized caving face with large obliquity in deep mines

In order to prevent spontaneous coal combustion occurring at a fully mechanized caving face with large obliquity in deep mines in China,we have analyzed the characteristics of spontaneous coal combustion and explain theoretically the factors affecting spontaneous coal combustion,such as rock bursts,high temperatures,high ventilation resistance,slow advancing speed and large obliquity mining.Key technologies to prevent spontaneous combustion occurring in sharply inclined seams in deep mines are proposed;these include pouring water,stopping leakage in upper and lower corners of the working face,choking off the goaf and covering the coal.CO concentrations were controlled within two years to less than 15×10-6 at the upper corner by applying these technologies at the 1410 working face of the Huafeng coal mine.Our method has significant theoretical value and is of practical importance in controlling spontaneous coal combustion occurring at a fully mechanized caving face with large obliquity in deep mines.

基于模糊深度Q网络的放煤智能决策方法

在综放工作面放煤过程中,由于煤尘和降尘水雾对工作人员视线的影响,人工控制放煤存在过放、欠放问题。针对该问题,将液压支架尾梁看作智能体,把放煤过程抽象为马尔可夫最优决策,利用深度Q网络(DQN)对放煤口动作进行决策。然而DQN算法中存在过估计问题,因此提出了一种模糊深度Q网络(FDQN)算法,并应用于放煤智能决策。利用放煤过程中煤层状态的模糊特征构建模糊控制系统,以煤层状态中的煤炭数量和煤矸比例作为模糊控制系统的输入,并将模糊控制系统的输出动作代替DQN算法采用max操作选取目标网络输出Q值的动作,从而提高智能体的在线学习速率和增加放煤动作奖赏值。搭建综放工作面放煤模型,对分别基于DQN算法、双深度Q网络(DDQN)算法、FDQN算法的放煤工艺进行三维数值仿真,结果表明:FDQN算法的收敛速度最快,相对于DQN算法提高了31.6%,增加了智能体的在线学习速率;综合煤矸分界线直线度、尾梁上方余煤和放出体中的矸石数量3个方面,基于FDQN算法的放煤效果最好;基于FDQN算法的采出率最高、含矸率最低,相比基于DQN算法、DDQN算法的采出率分别提高了2.8%,0.7%,含矸率分别降低了2.1%,13.2%。基于FDQN算法的放煤智能决策方法可根据煤层赋存状态对液压支架尾梁动作进行调整,较好地解决了放煤过程中的过放、欠放问题。

深部综放工作面冲击危险性分析及防冲技术研究

为了保障文家坡矿冲击地压工作面回采期间的安全性,以4106工作面为工程背景,采用理论分析、现场监测的方法对工作面回采期间的冲击危险性进行了分析。结果表明:工作面大埋深提供高静载环境,开采4煤层具有弱冲击倾向性,45 m宽煤柱提供载荷承载位置,工作面后方及侧向采空区顶板悬而不垮提供超高基础静载荷,突然破断提供增量动载荷,动静载荷叠加,易诱发冲击地压。依据诱发冲击地压的动静载荷来源,提出分源防治技术:针对厚硬顶板采取深孔爆破预裂技术,整体实现顶板分层分块,降低因顶板悬露引起的动静载升高风险;针对帮部及底板采用大直径钻孔技术,降低承载区域静载水平,增加阻抗,提高冲击地压发生门槛。采用分源防治技术后,微震、地音活动大幅降低,煤层应力水平明显下降,保障了工作面安全回采。

综放工作面停采线优化及切顶护巷方案研究

传统综放工作面停采期间,保安煤柱预留宽度盲目性大,导致工作面煤柱损失量大、工作面围岩破碎严重。针对此些技术难题,决定对15314工作面停采期间采取爆破切顶预裂技术,合理确定了停采保安煤柱宽度为65 m,相比传统工作面多采出原煤量约3.11万t,取得了显著应用成效。

深井特厚煤层综放工作面支承压力分布特征的实测研究

为研究深井特厚煤层综放工作面支承压力分布特征,采用冲击地压实时监测预警系统对新巨龙矿井1301工作面走向及侧向巷帮煤体垂直应力进行了实测。研究表明:深井特厚煤层综放工作面走向支承压力峰值位置到煤壁的距离及巷帮煤体侧向支承压力峰值位置到巷帮的距离比一般工作面大;巷帮煤体侧向支承压力峰值出现在采空区后方;回采期间巷帮煤体垂直应力的变化沿走向可分为应力稳定区、应力升高区、应力峰值区、应力降低区、二次升高区和应力蠕变区。

深井特厚煤层综放工作面区段煤柱合理宽度研究

留设合理宽度的区段煤柱是确保深井特厚煤层综放工作面顺利接续和安全回采的关键。以新巨龙矿井一采区区段煤柱宽度的确定为工程背景,首先采用微地震监测、应力动态监测和理论计算等方法确定深井特厚煤层综放工作面侧向支承压力分布特征,得出低应力区宽度约为20 m;其次,采用工程类比、数值模拟等方法确定深井特厚煤层综放工作面侧向煤体不完整区宽度约为3 m;最后,综合考虑资源回收、冲击地压防治、次生灾害控制和巷道支护等因素,确定深井特厚煤层综放工作面区段煤柱合理宽度为5.0～7.2 m。应用沿空巷道表面位移观测结果验证区段煤柱宽度的合理性。该研究结果对类似开采条件下的区段煤柱宽度确定具有参考意义。

顶板深孔预裂爆破提高综放孤岛工作面初采率研究

通过顶板岩石的力学特性分析、深孔预裂爆破切顶的数值模拟分析和工程应用,对深孔预裂爆破提高综放孤岛面初采期间煤炭采出率进行系统的研究,研究表明,综放孤岛面顶板采用深孔预裂爆破技术,工作面初次来压步距缩短了9.6m,顶煤回收率提高了14.38%,实现了综放孤岛面的安全高效开采。

大埋深易自燃煤层大断面沿空巷道围岩支护技术

针对千米深井易自燃煤层综放工作面沿空巷道围岩应力高、变形量大、漏风严重、瓦斯易超限等难题,分析了巷道变形破坏及瓦斯超限机理;在此基础上,提出高强高预紧力锚杆(索)+W宽钢带的大断面沿空巷道围岩强化支护技术。与原方案相比,该支护方案能够有效提高围岩整体刚度、减小巷道变形量和塑性区发育范围。现场工业性试验表明,采用高强高预紧力锚杆(索)+W宽钢带支护技术,巷道整体变形量小、瓦斯超限现象消失,有效保障了工作面的安全回采。

大采深综放工作面顶板运动规律研究

根据济宁三号煤矿煤层地质及生产技术条件 ,对 130 1综放工作面进行了矿压观测 ,得出了工作面顶板运动规律及矿山压力参数。

深部综放工作面巷道强力超前支护系统设计

针对煤矿深部综放工作面巷道顶板压力大、变形严重,巷道超前压力与变形影响范围大的特点,分析深部开采巷道压力分布特点与变形规律,提出有效控制深部巷道严重变形的方法,研制出能够适应长距离、大变形深部巷道的两列两节式强力超前支架支护系统;介绍了超前支护系统主要技术参数的确定和主要特点,并对超前支护系统推移机构和稳定机构的适应性进行了分析;此支护系统在兖矿集团东滩矿14310工作面试验,超前支护60 m。经实际测定,巷道顶底板的平均变形量为202 mm,两帮平均变形量为848 mm,与用单体支护相比,巷道的变形量大幅降低;通过试验观测结果分析可知,该支护系统支护效果好,巷道围岩变形较小,满足综放工作面深部巷道支护的要求。

大采高坚硬顶板综放面“注-爆”一体卸压防冲技术

针对千米深井综放工作面采场应力大、地质力学环境复杂、受开采扰动作用强、易诱发冲击地压等问题,分析了工作面冲击地压诱发及控制机理,提出了煤层注水+基本顶预裂爆破的“注-爆”一体化卸压防冲技术。通过对比不同注水孔及爆破孔布置间距条件下,采场超前支承压力分布特征、弹性应变能释放规律等,确定了大采高综放工作面注水及爆破钻孔的最优布置间距,在有效降低工作面冲击倾向的同时实现了较好的经济效益。

阳城煤矿1307综放工作面支架安装工艺与实践

针对阳城煤矿1307综放工作面切眼倾角较大的实际情况,通过校核提运系统绞车强度,确定工作面基本支架采取工作面巷道内组装、切眼内整体下放安装,过渡支架切眼内直接安装的方法,采用相关安装工艺,制定相关安全技术措施,实现了大倾角综放工作面支架安全、快速的安装。

两硬综放面顶煤顶板冒放结构探讨

用深基点观测和理论分析的方法揭示坚硬顶板、坚硬煤层条件下综放开采顶煤顶板活动规律及其冒放结构，结论对生产有现实的指导意义。

深井特厚煤层综放工作面微震活动规律研究

新巨龙矿井2303S工作面开采深度900 m,为沿空工作面,工作面采用综合机械化放顶煤开采工艺。根据微震监测系统的监测数据,分析了2303s工作面微震事件分布规律,研究表明微震事件的能量释放具有明显的周期性,微震能量释放与工作面回采速度成正相关关系,工作面靠近断层位置时冲击危险性增大,工作面开采影响范围大致在工作面后方100 m到工作面前方200 m范围内,顶板破裂带高度在80 m左右。

短壁工作面采场坚硬顶板强制放顶技术

为了解决榆家梁煤矿短壁工作面采场坚硬顶板空顶距离大的难题,在对采场顶板运移规律进行分析的基础上,提出了一种深孔爆破与浅孔爆破相结合的强制放顶技术。该技术在榆家梁煤矿42209工作面的应用结果表明:该技术不仅能够减少炸药使用量,而且能够大幅降低工人的劳动强度;能实现在联络巷内布置深孔炮眼,且爆破后的矸石充满炮眼下方采空区,将生产工作面与采空区隔离;爆破后可改变顶板力学结构,使短壁工作面采场采空区坚硬顶板自然垮落,减小原顶板的空顶距离,保证短壁工作面的安全高效回采。

大倾角三软厚煤层综放面顶板破断规律及支架适应性研究

以芦草井沟矿大倾角三软综放面支架工作阻力的实测数据为基础进行分析,总结了大倾角三软煤层综放工作面顶板破断规律及支架适应性。分析认为顶板来压时存在大、小周期的现象,支架在实际使用过程中存在着初撑力不足,及前、后立柱受力不均的问题,为相似矿井安全高效开采奠定了基础。

深部开采综放工作面矿压显现规律

针对跃进煤矿采深大、巨厚老顶岩层、应力高、煤层易自然发火的条件,通过现场观测和矿压监测设备在线监测,分析了采场来压规律、支架受力特征及合理工作阻力选择等问题,确定顶板初次来压及周期来压强度,为类似工作面条件的设计和生产设备提供参考数据。

厚煤层综放面坚硬顶煤深孔爆破控制技术应用

为了提高顶板的爆破效果,实现工作面的安全高效生产,以潞新煤矿E4104综采面为研究背景,采用深孔爆破强制放顶技术,根据煤层赋存和施工技术条件,确定合理的钻孔布置、装药方式等关键技术参数,大大提高了顶板的爆破强度,现场试验效果显著,保证了工作面的安全高效生产,取得了良好的经济效益和社会效益。

切顶卸压预裂技术在特厚煤层综放工作面的应用

为了提高特厚煤层综放工作面两端头顶煤资源及初采初放期间煤炭资源采出率、降低初采初放期间初次来压对工作面的冲击以及减小临近工作工作面采掘期间的矿压显现,采用断裂损伤理论,分析了切顶卸压后顶板岩梁的断裂垮落步距和综放工作面初次来压强度的变化,得出综放工作面的支撑压力区域发生前移,增强了煤层的冒放性和初采初放期间的煤炭资源回收率。以山西同煤集团同忻煤矿综放工作面为研究背景,对综放工作面在初采前及两巷端头应用切顶卸压预裂技术,对比分析了有无实施切顶卸压预裂综放工作面在推进过程中初次来压步距和初次放煤步距的差异。研究结果表明,实施切顶卸压预裂技术后,综放工作面初次来压步距较未预裂时缩短了11.1 m,初次放煤步距较未预裂时提前了16 m;并且利用钻孔窥视技术,得出了采空区三角区悬滞的顶煤沿着预裂爆破导通的裂隙发生断裂垮落,有效解决两巷采空区悬顶过大的问题。

综放工作面煤柱周围应力分布特征研究

对高瓦斯及断层赋存的综放工作面来说,合理宽度的留设煤柱不仅可以起到支撑上覆岩层压力的作用,还能隔绝采空区瓦斯,减少瓦斯扩散。但目前缺乏对不同煤柱合理留设宽度条件下围岩应力分布特征的研究,同时不同矿井影响煤柱宽度的因素各异,造成煤柱留设宽度的计算依据难以准确确定。针对上述问题,以屯宝煤矿综放工作面M9-10煤层为工程背景,采用理论计算方式得到煤柱留设宽度的最小值,采用数值模拟方式对M9-10煤层不同宽度的煤柱周围应力分布特征进行研究。研究结果表明:煤柱的合理留设宽度为30~40m;煤柱内的水平应力随着煤柱宽度加大趋向于采空区侧,说明加大煤柱宽度可以转移水平应力对巷道的影响,从而提高巷道稳定性;煤柱垂直应力具有双波峰特征,巷道侧和采空区侧垂直应力峰值与应力集中系数均随煤柱宽度的加大而降低;巷道侧应力峰值在距巷道2.5m处,之后随着距巷道距离的增加,垂直应力先急速减小,然后缓慢增加,在采空区侧出现应力峰值后缓慢减小。为验证40m煤柱宽度的合理性,在该综放工作面进行钻孔应力及瓦斯浓度现场监测,结果表明,40m煤柱留设宽度能够满足巷道支护强度和瓦斯扩散实际要求。