大采高综采工作面矿压显现及顶板活动特征研究

为了得到唐山某煤矿综采工作面的矿压显现及顶板活动特征,基于关键层理论、“悬臂梁-砌体梁”力学模型,通过现场观测、理论分析、数值模拟的方法对9煤层矿压显现特征、顶板结构、支架工作阻力开展了深入研究,建立了覆岩结构力学模型,得到了工作面支架工作阻力的合理计算式。研究结果表明:工作面来压步距和来压大小均有一定的规律性,呈现一大一小的周期来压现象,来压期间中部测区支架荷载最大,两边偏小;通过直接顶关键层判别方法,确定了第2层岩层和第7层岩层分别为亚关键层1和亚关键层2。亚关键层1破断后以“悬臂梁”结构形态垮落进入采空区,亚关键层2破断后形成了稳定的“砌体梁”结构,此时亚关键层1与亚关键层2共同组成了“悬臂梁-砌体梁”结构;第2层岩层和第7层岩层组成的双关键层结构的破断运移规律导致了工作面呈现一大一小的周期来压现象。当双关键层同步破断时,支架工作阻力为13 688 kN。

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。

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。

Smart cut智能截割技术的应用实践

主要介绍了JOY公司7LS8型采煤机的Smart cut智能截割技术在神东矿区大柳塔煤矿7 m大采高52304综采自动化工作面的应用情况及使用方法,并简述了Smart cut智能截割技术适用条件及应用前景。

综放开采回采巷道切顶护巷技术研究

厚煤层综放开采时由于一次开采厚度大,导致开采引起的采动压力影响范围、显现程度等均较为明显,给邻近巷道围岩控制工作带来一定影响。2301综放工作面运输巷与邻近的2303回风巷间留设25 m保护煤柱,受2301综放工作面开采影响导致2303回风巷变形量较大,难以满足后续使用需要。结合现场条件及以往研究成果,提出在2301运输巷靠近煤柱侧施工切顶钻孔,通过切顶较少2301综放工作面对2303回风巷影响,并对切顶布置方案、乳化炸药布置以及封孔方式等进行详细设计。现场应用后,2303回风巷围岩变形量受2301综放工作面开采影响较小,回风巷围岩变形量在允许范围内,可满足后续使用需要。

综采工作面开切眼深孔预裂爆破技术分析

预裂爆破技术主要是指在综采工作面,沿着已经设计好的轮廓线,均匀地钻取炮孔,然后采取不耦合装药法,在这些炮孔内装填一定量的炸药,工作人员只需要同时起爆轮廓线上的炮孔,就能在既定位置形成一条平整的裂缝。深孔预裂爆破技术兼具了穿透性强、威力强的双重特点,在煤矿采掘作业中的应用十分普遍,不仅可以有效提升掘进作业效率,还能有效减少炸药用量和钻孔数量,爆破效果十分理想。本文首先分析深孔预裂爆破基本理论,其次从几个方面深入探究综采工作面开切眼深孔预裂爆破技术的应用策略,以供参考。

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。

综采工作面静态膨胀预裂切顶卸压效果分析

为探究静态膨胀预裂切顶卸压在综采工作面初采初放中的应用效果,以三元煤业4308综采工作面为背景,在确定工作面静态膨胀预裂切顶卸压技术方案的基础上,利用FLAC 3D软件建立数值计算模型,分析了工作面初采悬顶长度随静态膨胀预裂切顶长度的变化规律。研究结果表明,无预裂以及静态膨胀预裂长度分别为7.5 m、15 m、25 m时,4308综采工作面的初采悬顶长度分别为40 m、32 m、27 m、26 m,静态膨胀预裂切顶卸压技术可以有效控制工作面初采悬顶长度;工作面初采悬顶长度随静态膨胀预裂切顶长度的增大先减小后不变,综合考虑经济成本,确定最佳静态膨胀预裂切顶长度为15 m。静态膨胀预裂切顶卸压技术具有放顶效果好、安全性高、施工简单等优点,能够满足安全生产的要求,可适用于矿井工作面顶板的初采初放。

综放工作面智能化升级改造与应用

智能化不仅是煤矿转型升级的新途径,也是新时代背景下煤炭开采技术革新的前进方向,更是煤炭工业高质量发展的必由之路。以山西中煤东坡煤矿915综放工作面为智能化升级改造对象,结合工作面开采技术条件和现场设备实际配置情况,按照智能化采煤工作面建设指南及验收管理办法的相关要求,在合理控制投资的前提下提出了具有针对性的中级智能化综放工作面改造目标、系统架构和升级方案,完成了对采煤、支护、供液、人员定位及视频监控等子系统的智能化升级。升级改造后实现了工作面采煤机记忆截割、支架一键放煤、自动跟机、实时视频监控、地面及井下远程可视化控制、各系统协同控制等功能,达到了“增安、减人、提效”的目的,对类似条件下智能化采煤工作面建设具有一定的参考意义。

4306综采面切顶卸压留巷方案优化设计

为解决沿空留巷技术无法阻断采面动压向外传递,造成巷道变形较快,修巷成本增加的问题,提出了切顶卸压无煤柱的留巷方法,采用顶板预裂切顶爆破+恒阻大变形锚杆(索)+巷内单体和液压抬棚支护+巷旁挡矸联合支护的措施,有效控制顶板动压对留巷的作用影响,减缓巷道变形速度,减少采空区瓦斯的涌出量,保证安全回采。

综采工作面切巷二次扩巷技术的成功应用

为达到综采工作面安装作业空间要求,郑新公司芦沟煤矿三五井21051综采工作面安装前,采用工字钢对棚支护,对切巷进行二次扩巷,加大支护断面,增加有限作业空间,以满足综采工作面安装安全条件,保证安装作业的安全性和实用性,具有一定的借鉴和推广价值。

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。

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。

切顶卸压爆破技术在沿空留巷中的应用

在传统的煤柱护巷开采模式下,容易造成巷道变形不稳,应力集中,工作面替代紧张,煤炭资源回收率低等问题。为保持巷道稳定,解决采掘替代紧张局面,促进煤矿增效。在陈四楼煤矿2601综采工作面进风顺槽采用切顶爆破卸压沿空留巷技术,利用联合支护技术,分析确定切缝参数、爆破工艺参数,并在生产中成功实践。对照经切顶卸压的进风顺槽和未处理的回风顺槽的围岩变形情况,分析得出,经过切顶卸压和预裂爆破处理后的进风顺槽与未处理的回风顺槽相比,在应力作用范围内的进风顺槽与围岩的变形量明显减弱,其中进风顺槽受应力与回风顺槽相比降低46.90%。顶底板和两帮移动量相比,降低了82.71%和74.11%。大量数据表明,切顶卸压预裂爆破技术在空留巷道作业能有效阻断应力传递,降低应力在围岩中的积聚,可对巷道的稳定性进行有效控制,有利于实现安全高效的煤矿生产。

煤矿综放工作面矿压显现规律与切顶压架预警指标分析

煤矿特厚煤层综放开采时受技术装备等条件限制,放顶煤时由于顶板松散程度较高难以形成稳定结构,导致工作面顶板更容易大面积切落,瞬间冲击支架,损坏液压支架结构,严重影响矿井安全高效生产。以不连沟煤矿F6218综放工作面为工程背景,通过实测数据分析了工作面支架初撑力、安全阀开启情况及工作阻力频率等支架基本工况,揭示了工作面矿压显现规律,建立了适合该矿的切顶压架灾害预警指标体系。结果表明:不连沟煤矿预警指标界限分别为循环增阻率40 kN/min、安全阀开启率50%、动载系数1.4、活柱下缩量500 mm、支架前柱不低于25 MPa,前柱合格率不低于90%;后柱不低于20 MPa,后柱合格率不低于90%。

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。

综放工作面顶板灾害类型和发生机制及防治技术

综放工作面采出煤层厚度大,上覆岩层活动空间大,易发生顶板事故。为理解综放工作面顶板灾害发生机制,统计分析了部分煤矿综放工作面顶板灾害案例,按顶板条件及灾害特征将综放工作面顶板灾害分为松软顶板大面积切顶压架和坚硬顶板大面积垮落及压架2类。分别以崔木煤矿和曹家滩煤矿综放工作面为例,分析了2类顶板灾害发生特点,提出了相应顶板灾害发生机制:松软顶板工作面顶板胶结性弱,支架实际刚度不足致使顶板在煤壁处断裂,破断后易失稳,同时支架支护强度不足,最终导致切顶压架灾害;坚硬顶板工作面顶板整体性好,不易破断,悬顶到一定极限突然破断,对支架造成冲击,若断裂线在煤壁处则极易导致工作面切顶压架。结合工程实践,提出了2类顶板灾害防治技术措施:对于松软顶板综放工作面采取合理提高支架刚度、支护效率以及工作面推进速度,加强预警等手段预防大面积切顶压架灾害;对于坚硬顶板工作面除加强支架管理、合理开采设计等,还需从顶板改性入手,如采用井下区域水力压裂技术弱化顶板,防治顶板大面积垮落和压架灾害。

基于高精度三维动态地质模型的采煤机自适应智能截割技术研究

采煤机使用“记忆截割”技术割煤时,需要进行人工领刀,且对煤层赋存条件要求较高,当煤层起伏较大时需要频繁示教领刀。“记忆截割”技术仅针对下一刀煤层顶板截割路径进行优化,在采煤机推进方向无法根据煤层的赋存形态对采煤机俯仰采路线进行精确规划与控制。本文基于采煤机自适应智能截割理念,设计了综采工作面采煤机智能截割系统运行模式,利用煤层精细化物探数据构建工作面高精度三维地质模型,而后利用地质模型对采煤机的未来截割路径进行规划,并在开采过程中根据工作面揭露的最新地质资料动态修正高精度三维地质模型。将高精度三维动态地质模型与采煤机开采规划算法耦合,提出可自适应煤层变化的采煤机开采控制基线规划算法,实现对采煤机推进方向的俯仰采控制与牵引方向的截割控制,以及地质模型更新、开采基线规划与采煤机滚筒调整之间的高效协作。设计了智能截割系统内滚筒调整参量的计算服务接口,以及智能截割系统与采煤机控制系统间的通讯协议,实现了采煤机滚筒基于规划截割路径的精准控制。实践表明,采煤机智能截割系统适用于底板倾角各种变化程度的煤层,采煤机截割线更好地贴合煤层顶、底板线,节约资源,提高生产效率。

智能综采机组控制目标及采煤机割煤高度控制方法

煤矿智能化是煤炭安全高效生产的发展方向,综采智能化是煤矿智能化的关键环节,但智能综采机组的控制目标目前并不明晰,这严重制约了智能综采的发展。在系统分析综采工作面采煤机、液压支架和刮板输送机这3个主要设备之间的空间动态联接特性基础上,通过分析采煤机滚筒割煤高度变化规律,揭示了采煤工艺过程中工作面顶底板不平自行加剧机理,提出了采煤机滚筒割煤高度误差估算方法;结合综采工艺过程调查和经验,明确提出综采机组控制基本目标是保证工作面工程质量,构建综采机组控制关键指标,指出煤岩界面并不是控制采煤机滚筒割煤高度的基本目标,建立一种以“顶底板平”为目标的采煤机割煤高度控制的非线性规划模型,为综采面采煤机自适应割煤控制提供了一种方法,为智能综采机组控制明确了目标。

特厚煤层综放开采邻空动压巷道围岩变形机理及卸压控制

受工作面采动叠加影响,特厚煤层综放开采邻空动压巷道极易发生冲击地压、巷道大变形等强矿压显现现象,是采掘过程中的重点防控区域。以榆神矿区曹家滩矿井特厚煤层综放开采为工程背景,分析了邻空动压巷道强矿压显现机理,研究了邻空巷道围岩倾向和走向支承压力分布力学机制,提出于邻空巷道进行定向张拉爆破切顶卸压巷道围岩控制,并运用数值模拟及现场试验等方法对该技术的作用效果进行了综合研究。结果表明,特厚煤层综放开采条件下,工作面开采大空间采空区长悬臂结构断裂后形成台阶岩梁块体长度较大,其滑落失稳或关键层失稳均会引发强动压,该动压作用在煤柱上并进一步传递至超前区邻空巷道围岩是造成底鼓大变形的主要原因。于邻空巷道内进行定向切顶卸压后,可减弱本工作面后方采空区顶板与煤柱间的承压,邻空巷道围岩应力向远离巷道方向转移,应力峰值降低,应力范围减小。现场开展了不同切顶方式下的现场工程试验,基于定向张拉爆破的深孔切顶卸压技术可有效减小特厚煤层工作面端头区邻空动压巷道的围岩压力,定向切顶后邻空动压巷道超前支架平均荷载降低11%,巷旁煤柱体应力峰值降低10%,巷内底鼓严重段平均变形减小65%,有效提高了巷道稳定性,为特厚煤层综放开采邻空动压巷道强矿压大变形控制提供了一种有效手段。