大采高综采工作面末采片帮治理研究

针对大采高综采工作面末采期间煤壁稳定性差、片帮等问题,以5607大采高工作面为研究对象,结合实际地质条件分析了片帮影响因素并提出以提高煤体强度为主的片帮治理措施。依据现场情况,提出在采面回采巷道内、主撤巷道内布置注浆钻孔,对末采阶段煤体进行加固,并具体给出注浆加固技术方案。工程应用后,末采范围内破碎煤体得到有效加固,工作面末采期间基本不出现片帮情况,为5607大采高工作面高效收尾创造了良好条件。

高温采煤工作面全风流路径风温及冷负荷预测方法研究

为改善井下工作环境,打破高温矿井逢夏停工停产的困境,以平煤股份十矿为工程背景,提出了基于全风流路径风温预测的采煤工作面冷负荷计算方法。建立了采煤工作面温度场数值模型,分析了入口风温与控温靶区温度值的依变关系;设置控温靶区目标温度值,并通过焓差法对制冷前后的采煤工作面冷负荷进行计算。研究结果表明,以采煤工作面上端头超前工作面50 m为控温靶区,入口温度与控温靶区温度的依变关系为:y=89.57-72.88×0.99^(x);降温前,入口风温为30℃,控温靶区温度为35.7℃。降温后,入口风温为13.6℃,控温靶区温度为26℃;降温前工作面入口风流焓值为85.53 kJ/kg,控温靶区风流焓值为128.88 kJ/kg;降温后工作面入口风流焓值为28.36 kJ/kg,控温靶区风流焓值为66.77 kJ/kg。工作面的冷负荷为2286.8 kW。制冷机组制冷量为2300 kW,机组运行后工作面温度平均降低7~10℃,湿度降低20%以上,降温除湿效果明显。

程潮铁精矿带式磁选提质试验研究

针对氢基还原竖炉所需高品位铁精矿原料短缺问题,对程潮铁精矿进行磁滚筒精选、弱磁选—磁选柱精选以及带式磁选机精选提质研究。结果表明,在磨矿细度为-0.037 mm占85%时,采用两段带式磁选流程,可以得到TFe品位为70.16%、产率为87.33%、TFe回收率为92.51%的精矿产品;优化带式磁选参数并额外新增一排清洗水出水口进行磁选,得到精矿TFe品位为70.78%、产率为45.71%,尾矿TFe品位为62.40%、产率为54.29%。带式磁选精选2个流程均能获得TFe品位符合要求的精矿产品,且额外新增一排清洗水出水口的流程得到的尾矿产品可以直接利用。本研究可为国内优质磁铁精矿提质制备高品位铁精矿提供参考。

综采面坚硬顶板超深孔预裂爆破远场解危控制技术

工程实践表明,顶板事故在煤矿各类事故中占首要位置,已严重制约了我国现代化矿井安全高效开采。为了实现煤矿综采面坚硬顶板的安全治理,亟需形成综采面坚硬顶板超深孔预裂爆破远场解危控制技术以有效解决因工作面大空间坚硬顶板垮落而影响安全生产的重大难题。基于此,通过自主创新和联合攻关,面向深部矿井坚硬顶板,开展了综采面坚硬顶板超深孔预裂爆破远场解危技术研究;研发了高威力三级煤矿许用水胶炸药、填塞材料等技术与装备,形成了成熟的深孔爆破工艺,突破了厚硬顶板爆破中煤矿许用炸药威力与安全度的矛盾,解决了超深孔爆破中炸药可靠起爆等技术瓶颈问题;通过构建大空间采场覆岩-支架-围岩系统力学模型,揭示了采场大小周期来压及强矿压作用机理,提出了大空间采场厚硬覆岩多层位精准定位爆破弱化控制原理和基于爆破损伤的综采工作面厚硬顶板深孔爆破参数设计方法,形成了综采工作面厚硬顶板超前深孔卸压控制技术。研究成果在全国近百个综采面进行工程应用,未发生一起顶板事故,避免了综采面厚硬顶板发生压架、形成飓风、矿震等重大安全事故的风险,保障了综采面的安全高效生产,为综采面坚硬顶板远场解危的设计提供了理论依据并为现场施工提供了指导作用。

基于神经网络补偿的液压支架群推移系统直线度控制方法

煤矿综采工作面的直线度控制是实现智能化开采的关键技术之一,液压支架推移油缸的位置控制性能直接影响着工作面直线度水平,但推移油缸电液系统的参数不确定性、建模误差和未知外部干扰等因素增加了液压支架推移系统的位置控制难度。针对此问题,首先,建立了液压支架推移油缸电液系统的数学模型,考虑到推移油缸仅有位置信息可测的实际工况,将其转化成Brunovsky标准型的形式。其次,设计了高阶滑模状态观测器利用可测的位置信息估计系统其他难以直接测量状态信息,同时,以系统状态信息为学习数据,设计了一种基于径向基神经网络的扰动观测器实时估计和补偿系统的未知扰动力。再次,结合反步设计原理,针对液压支架推移油缸拉架过程提出了一种鲁棒输出反馈控制器,并利用Lyapunov理论对整个闭环控制系统进行了稳定性验证。然后,基于ZY3200/08/18D液压支架推移油缸的实际物理参数建立了仿真模型,通过仿真测试发现所设计的鲁棒输出控制器的最终位置精度较传统比例积分控制器提高了77.19%,神经网络补偿器针对不同油缸载荷的估计精度分别为64.41%和75.38%。最后,为了进一步验证新型控制器的有效性,搭建了一个液压支架群多缸控制系统试验台,并开展了推移油缸拉架过程的模拟实验,实验结果表明:鲁棒输出反馈控制器较比例积分控制器的平均跟踪精度提高了47.23%,最终位置精度提高了75.00%,相邻推移油缸的平均同步误差提高了47.08%。研究结果为液压支架推移系统的动力学分析和直线度控制提供了一种思路。

煤矸石浆体充填技术应用与展望

为实现煤矸石原位、绿色和规模化处置,煤矸石浆体充填技术作为新兴充填技术近年来得到了快速发展与应用。论文系统回顾和总结了煤矸石浆体充填技术框架提出、浆体充填理论体系形成、工程示范应用及技术迭代创新等不同阶段下浆体充填标志性成果与关键工艺技术,形成了高位注浆、低位灌浆和邻位注浆3种充填方式,建立了煤矸石浆体采空区垮落带流动的“介入理论”和浆体管道输送的“三度一场”理论,成功开展了国内外首套煤矸石井下浆体充填和地面制浆+井下邻位注浆充填示范工程;阐述了煤矸石浆体充填技术体系,围绕煤矸石浆体充填过程中的煤矸石破碎、成品矸石粉料加水制浆、制备浆体泵送和井下目标区域充填等工艺流程,探讨了煤矸石高效分级破碎、浆体精准制备、浆体管道输送和末端充填等关键技术核心问题,分析了破碎设备、筛分设备、计量设备、搅拌设备和泵送设备等关键设备技术原理与应用场景;以张家峁煤矿小空间、多设备、高能力的煤矸石浆体充填需求为工程背景,创新研发设计了煤矸石浆体充填地面制浆、管道输送、井下充填和智能控制等不同系统的布置,年充填矸石量可达55.4万t,形成了煤矸石浆体充填工程示范,实现了矿井矸石零排放和绿色处置,树立了良好的地区示范效应;未来煤矸石浆体充填技术将围绕设备小型轻量化、系统高度集成化、技术迭代创新化等方向进一步研究发展,为构建煤矿绿色开采技术体系、实现国家“双碳”目标提供技术支撑。

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。

MG300/700-WD2型窄机身大功率电牵引采煤机设计

主要针对目前可配套SGZ630刮板输送机的中厚煤层电牵引采煤机截割功率偏低、牵引力偏小及智能化功能欠缺等不足,通过整机扩容和优化、配套性能、可变机面高度、智能化系统、带负载敏感比例阀液压系统和防转防松型铰接销轴等方面的研究,设计了最小可配套SGZ630刮板输送机的MG300/700-WD2型窄机身大功率智能化电牵引采煤机,为经济性开采的中小矿井提供了一款新的设备。

煤矿综采工作面防突技术探讨

对某矿8、9、12#可采煤层瓦斯涌出量进行分源式预测计算,其中预测8#煤层埋深812.8m时瓦斯涌出量达到30.21 m^(3)/min;预测9#煤层埋深666.7 m时瓦斯涌出量达到62.97 m^(3)/min;预测15#煤层埋深710.11 m时瓦斯涌出量达到39.01 m^(3)/min,并设定以区域性局部预防为主的防突处理方案。防突处理中利用15#煤层高抽巷负压抽采8、9#煤层,同时应用浅孔释放、释放孔抽放、左右耳钻场交替抽放等区域性防突技术。

保德煤矿81305综放工作面瓦斯综合治理技术实践

为实现高瓦斯矿井低瓦斯状态下开采,提出一套以煤层瓦斯超前预抽、边采边抽及采空区抽采为主的瓦斯综合治理技术。详细介绍保德煤矿81305综放工作面瓦斯综合治理技术及措施,通过具体实践,详细记录本煤层采前预抽、上下行通风切换、采空区埋管抽放、均压措施、设置导风帘和负压喷雾、合理分配风流、及采终封闭等瓦斯综合防治措施。结果表明:实现81305工作面抽排瓦斯量合计1854.91万m^(3),综合抽放率达到81.07%,取得良好应用效果。通过采用多种抽、排方式相结合的瓦斯综合治理技术,可使保德煤矿综放工作面回采期间瓦斯浓度安全可控。

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。

高强度回采的首采面一次见方期矿压规律研究

神东煤炭集团布尔台煤矿301综放工作面作为12上煤层的首采面,在一次见方期的日进尺平均达到8.35 m的高强度级别。为研究高强度回采的首采面在一次见方期的矿压规律,通过钻孔应力计、微震系统和支架压力系统进行联合监测分析。应力计监测表明,301强采动首采面在一次见方期间超前支承压力影响范围分为缓慢影响范围和剧烈影响范围;主要运输巷正帮侧9 m和副帮侧7 m范围内、辅助运输巷正帮侧15 m和副帮侧5 m范围内,受采动影响较大而易导致煤体塑性破坏,呈现帮鼓及锚杆失效等问题。由微震监测和支架压力可知,工作面在见方前后40 m时,上覆岩层运移较强烈;工作面距离见方位置越近,上覆岩层运移越强烈;在见方后30 m左右,顶板活动最剧烈,支架压力较大。

采煤工作面地下水分布变化的综合物探应用研究

浅埋煤层上覆含水层的分布状态是影响煤层开采的重要因素。针对宁夏某煤矿开采工作面煤层厚度大、埋深浅的特点,开展了高密度电阻率、核磁共振、微动探测的综合物探方法,对煤层上覆含水层的分布状态进行了探测研究。综合探测结果显示:(1)高密度电阻率法可以快速、高效地划分岩层及采空区异常;(2)地面核磁共振法能够对高密度电阻率法划分的异常含水特性进行评价;(3)微动探测方法视横波速度能够很好地识别地层与冒落带、裂隙带发育特征。综合物探反演解释,能够降低单一方法引起的多解性,较准确地辨识浅埋煤层采动中工作面上覆地下水分布状态和地层特征,为探究采煤引起的生态问题提供地球物理依据。

垂直分条采矿工艺在急倾斜薄矿体顶柱回收中的应用

急倾斜薄矿体在空场采矿法开采后会残留顶柱,由于透采时凿岩工人在逐渐变薄的顶柱下作业,安全风险较高,为避免出现大面积冒顶事故,常留设永久损失的高品位原生矿柱,造成了资源的极大浪费。为安全高效回收顶柱,提出一种垂直分条采矿工艺,详细介绍了该方法的采准切割布置、回采工艺及主要技术经济指标等。现场工业应用表明:采用该方法能够最大限度地回收顶柱,且空顶后暴露面积小,安全性高;台效由原工艺的15.4 t/台班提高至23.3 t/台班,提高了51.3%;采矿损失率由62%降低至5.3%,相比原采矿工艺降低了91.5%,取得了良好的技术经济效果,可在同类型矿山推广。

平朔井工三矿综放工作面断层带高水材料注浆加固技术实践

平朔井工三矿二采区4号煤断层发育,在工作面回采中出现冒顶、片帮等现象,对安全生产造成了威胁。为此在34205工作面开展了断层注浆加固技术的研究。对比分析了当前主要的注浆材料的优缺点,确定采用高水材料注浆,结合材料性能,采用的水灰比为2∶1。根据断层的分布情况,设计4个注浆钻窝,钻孔深度分别为45、60、90、100 m。现场实际施工注浆钻孔36个,总深度2 776 m,注浆材料用量78.11 t,注浆量193.03 m^(3)。工作面在治理断层区域正常推采,未发生异常矿压显现。

浅埋深大采高工作面矿压显现规律研究

以三道沟煤矿85214工作面为工程背景,对浅埋深大采高工作面矿井的矿压显现规律进行研究,利用理论分析的方法,建立固支梁和悬臂梁模型,确定工作面初次来压步距和周期来压步距分别为104.91和19.90 m。基于覆岩浅埋结构性质,建立短砌体梁和台阶岩梁模型,确定支护阻力分别为5 624和14 461 kN;利用现场试验的方法,对井下支架工作阻力数据实测分析,确定工作面初次来压步距106 m,周期来压步距16.8 m,月平均次数11次,平均支架载荷37.5 MPa,支承压力主要分布于工作面中部区域。研究结果证明了来压步距模型的合理性和有效性,并确定了浅埋深条件下覆岩结构呈现短砌体梁结构和台阶岩梁结构的破断特点,可为矿井生产提供依据。

高位钻孔在近距离煤层群综采工作面瓦斯治理中的应用

为确保近距离煤层群综采工作面瓦斯高效治理,以2303综采工作面为研究对象,结合现场地质条件提出将高位钻孔应用到采空区瓦斯治理中,通过拦截采空区瓦斯涌出确保回风隅角、回风流瓦斯体积分数在安全范围内。结合2303综采工作面现场条件给出高位钻孔布置层位、钻进工艺并分析瓦斯治理效果。现场应用后,2303综采工作面回风隅角、回风流瓦斯体积分数分别为0.2%~0.5%、0.08%~0.30%,表明高位钻孔可有效拦截采空区瓦斯,确保采面安全回采。

坚硬顶板综采面瓦斯抽采技术优化及应用研究

为了提高某煤矿坚硬顶板综采面的开采安全性,通过试验研究的方式确定瓦斯抽采高位钻孔最佳位置,以此为基础对高位钻孔瓦斯抽采技术进行优化,并将其应用在某矿工作面当中,优化后瓦斯抽采技术的应用有效的提高了综采面瓦斯抽采效率。

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。