Waste-filling in fully-mechanized coal mining and its application

A fully-mechanized coal mining (FMCM) technology capable of filling up the goaf with wastes (including solid wastes) is described. Industrial tests have proved that by using this technology not only can waste be re-used but also coal resources can be exploited with a higher recovery rate without removing buildings located over the working faces. Two special devices, a hydraulic support and a scraper conveyor, run side-by-side on the same working face to simultaneously realize mining and filling. These are described in detail. The tests allow analysis of rock pressure and ground subsidence when backfilling techniques are employed. These values are compared to those from mining without using backfilling techniques, under the same geological conditions. The concept of equivalent mining height is proposed based on theoretical analysis of rock pressure and ground subsidence. The upper limits of the rock pressure and ground subsidence can be estimated in backfilling mining using this concept along with traditional engineering formulae.

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。

大采高工作面覆岩运动与煤壁片帮规律

为探究大采高工作面顶板运动规律及煤壁破坏机理,建立3种不同采高的UDEC数值模型,分析采高和支架护帮板位置对顶板垮落步距、形态及煤壁破坏深度的影响,建立煤壁滑移破坏力学模型。研究结果表明:初次来压步距受采高的影响较小,均为45 m,周期来压步距随着采高的增大而减小;大采高工作面由于垮落矸石无法充满采空区,顶板易形成悬臂梁结构;采高增大会增大煤壁片帮的风险。计算得出了大采高工作面煤壁能承受的最大顶板压力,给出了煤壁滑移破坏判据。通过建立不同护帮板位置的数值模型,确定了8.8 m大采高工作面的护帮板最佳支护位置。提出了增加护帮板水平推力和支护面积的煤壁控制方法,现场应用该方法使煤壁稳定性得到了有效提升。

长距离采煤工作面高压喷雾降温实验研究及应用

针对园子沟矿井1012102采煤工作面高温热害问题,采用喷雾降温实验确定最佳喷雾压力和喷嘴雾化参数,数值模拟分析不同喷雾温度和喷雾间距对降温效果的影响,并采用线性回归方法分析了采用喷雾前后人体的舒适度。结果表明:当综采工作面中喷雾系统采用组间距10 m,水温为286 K,压力6 MPa的参数时,单组峰值温度与常规通风方式的温差达到了1.3℃。在现场应用后,工作面人行道侧大部分区域的温度低于26℃,最高气温降至27℃以下,最低温度低至24.7℃,有效实现了区域降温。

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。

大断面切眼一次成巷施工工艺优化与应用

随着井工煤矿开采深度逐渐增加,井下巷道及采掘工作面受地应力的影响越来越大,导致巷道支护难度增大。顺和煤矿针对大埋深高应力下巷道支护难的问题,通过优化施工工序以及增加支护强度,采取高强应力锚杆+W钢带+单体柱与π型梁搭配联合支护的方法,实现了综采工作面切眼大断面一次成巷,成功解决了大埋深高应力巷道支护和快速掘进问题。

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。

高应力区综采工作面回撤通道施工工艺及支护技术研究

虎龙沟矿81511工作面回撤通道施工时受地质构造影响,采用传统施工工艺时存在效率低、成本费用高、围岩控制维护难度大等技术难题。通过技术研究,对81511工作面回撤通道施工方案进行对比,采用自成巷法施工工艺,并对高应力区回撤通道顶板采用“切顶卸压+注浆加固+锚索钢带+锚索棚”联合支护,对煤壁采用“L型钢棚+水力膨胀锚杆”联合支护技术。应用效果表明,回撤通道采用自成巷法施工工艺后,施工周期缩短了8.5 d,减少设备安装数量;采用联合支护技术后,减少了高应力区回撤通道顶板破碎、煤壁片帮现象。回撤通道施工后现场实测顶底板最大移进量为0.24 m,帮部最大收敛量为0.32 m,取得了显著应用成效。

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。

超长大采高综采工作面过大落差断层技术及应用

为了确保超长大采高工作面顺利过大落差正断层,采用相似材料模拟和数值模拟试验,分析了大落差正断层及不同采高、不同工作面长度条件下综采工作面围岩力学特征。试验结果分析表明,大落差断层的存在是影响工作面顶板下沉不连续、支承压力演化不均匀的主要因素,而工作面采高和长度的增加对支承压力分布的影响小于对顶板下沉的影响,工作面顶板最大下沉量与采高呈指数关系、与工作面长呈对数关系。提出了整体从上盘留顶破底调斜推进、局部辅助爆破破顶过F18断层的方法与技术方案,采用具有良好控顶护帮功能的ZZ13000-27/60液压支架,采取超高段巷道提前接顶、破碎区注浆加固等技术措施,实现了超长大采高综采面安全、快速过大落差断层,工程应用效果良好。

我国厚煤层开采方法的选择原则与发展现状

针对目前厚煤层开采方法的发展和应用现状,分析了大采高和放顶煤开采2种方法在技术和经济上的优越性及适用条件,对大采高存在的工作面煤壁片帮与设备下滑问题,以及放顶煤存在采出率低、瓦斯与煤自燃防治、坚硬顶煤的弱化等问题,提出了在开采技术上应该采取的有效措施。探讨了将来厚煤层开采技术的研究重点与采煤方法选择原则。重点从开采技术与工艺以及安全生产现状方面对厚煤层开采的三种方法进行了分析,指出了目前我国厚煤层开采现状及国家的技术政策,确定了厚煤层开采技术研究的重点和发展方向。

大采高综采工作面粉尘分布特征研究

为了掌握大采高综采工作面的粉尘分布特征,在采煤工作面布置测点进行粉尘质量浓度和粉尘分散度测定,并分析其浓度及特征粒径的分布规律,结果表明:采煤和移架作为工作面的主要尘源,移架的产粉尘质量浓度更大,呼吸性粉尘所占比例更高;工作面大于10μm的粉尘分散度最大,在粉尘中占主要比例。小于10μm的粉尘分散度为16.32%~41.16%;从采煤机到工作面进风口,粉尘中位粒径依次减小,呼吸性粉尘所占比例依次增加,主要粒径的分布范围更加集中,索太尔平均粒径依次减小,比表面积依次增加;采煤工作面工作人员的接触粉尘以粒径小于10μm的粉尘为主,所占比例为61.36%,中位粒径为7.68μm,主要粉尘粒径分布范围为1.74~20.39μm。

大采高工作面矸石充填开采技术效果分析

为准确评价大采高综合机械化矸石充填效果,采用理论分析、实验室试验与工程实践相结合的方法,以东坪煤矿建筑物下厚煤层资源回采为研究背景,确定了影响充填质量的评价因素,建立了大采高综合机械化矸石充填质量评价技术体系。研究结果表明:由充填开采岩层移动规律、影响充填质量的因素、质量检测参数、质量检测系统布置、质量检测评价手段等分系统组成的充填质量评价技术体系可以较准确评价充填质量,并在东坪煤矿成功进行了充填质量检测及评价,取得了显著的社会效益和经济效益,为类似条件村庄压煤采用矸石充填技术提供了指导和参考。

薄煤层无人工作面自动化开采技术应用

针对某矿薄煤层保护层安全高效开采的需求,提出了对其2号薄煤层进行上保护层无人工作面开采的设计方案;根据2号薄煤层22201首采保护层工作面的实际情况,给出了22201无人工作面的采煤机、液压支架、刮板输送机的配套选型,详细介绍了22201无人工作面自动化控制系统的网络结构及采煤工艺。现场工业性试验结果表明,该方案可自动完成割煤、移架、推刮板输送机和顶板支护等生产流程,实现了薄煤层工作面的自动化开采。