大采深高承压水条件下煤层底板突水问题及解决对策

在当前煤矿普遍面临大采深、底板高承压水、高地应力等采掘条件下,正确评价煤层底板承压水突水危险是做好防治水工作的基础。以河南省受底板灰岩承压水突水威胁的大水矿井为例,就底板破坏深度计算、突水系数计算及临界值、脆弱性指数法、不同水文地质单元的“双层水位”效应等问题进行了剖析。分析表明:在大采深和高地应力开采条件下,底板破坏深度较现有用经验公式计算得到的值偏大,一些矿井突水系数虽小于全国临界值,但回采过程中却发生了突水,脆弱性指数法有待于规范化。此外,井田范围内水文地质条件存在着时空变化,甚至会出现“双层水位”等现象。鉴于此,提出了建立大采深和高地应力开采条件下的底板破坏深度计算模型、确定矿区或矿井范围的临界突水系数值、规范脆弱性指数评价方法、查明水文地质条件的时空变化和不同单元的水动力参数、制定同各单元水文地质条件相适应的防治水措施等各项对策。

近距离薄煤层群首采层卸压瓦斯协同抽采技术研究

为有效解决近距离薄煤层群开采首采层上、下邻近层大量卸压瓦斯涌入的治理问题,以某煤矿为研究对象,采用理论分析和数值模拟的方法,研究近距离薄煤层群开采条件下卸压瓦斯运移规律,并根据富集特征确定卸压瓦斯抽采钻孔的空间位置。研究结果表明:首采层开采覆岩导气裂隙带最大发育高为10.3~23.2 m。设计超大直径顺层预抽钻孔高0.8 m,宽2.08 m;顶板定向长钻孔终孔最优抽采位置为垂直距离开采层顶板15.0~23.0 m,水平距离回风侧20.5~27.5 m;2条埋管抽采最佳错距为距底板高1.1,1.7 m,深入采空区11.3,20.8 m。优化后的布置参数应用于现场实践,试验工作面回采期间上隅角瓦斯体积分数保持在0.7%以下。研究结果能够实现近距离薄煤层群开采条件下卸压瓦斯高效抽采,保证矿井安全高效生产。

大倾角煤层智能化监测监控装备研发与应用

通过对大倾角工作面的功能配置、监测办法、工艺匹配等问题分析,以采煤机记忆截割、液压支架跟机自动化和可视化远程监控为基础,以智能控制软件为核心,实现了在地面或巷道集控中心对综采设备的智能监测与集中控制,确保工作面截煤、推溜、移架、运输、除尘等智能化运行以及工作面连续、安全、高效开采。通过对支架功能精准监测,配合智能化开采工艺手段,实现了大倾角综采自动程序操作,跟机率达到80%以上。

大倾角煤层采空区N_(2)运移规律研究

基于东峡煤矿大倾角煤层的特点,构建了相似模拟实验系统,开展了不同倾角煤层采空区注N_(2)惰化实验,实验结果表明,采空区地板区域,沿着工作面走向方向,N_(2)运移后基本呈“L”型分布,且采空区深部N_(2)的分布影响范围更广;空间范围内,采空区走向上,N_(2)运移分布规律为高处范围广、低处范围窄的“倒梯形”。结合东峡煤矿37121-1工作面实际情况,得出应在运输巷采空区侧注N_(2),现场实际应用效果表面防灭火效果较好。

大倾角厚煤层放煤工艺数值模拟及应用

为研究泉店煤矿12050工作面大倾角厚煤层放煤参数,采用PFC3D数值模拟软件,对比分析工作面不同放煤顺序和放煤步距下顶煤采出率和含矸率,确定工作面合理放煤参数。结果表明:一采一放、上行单轮间隔放煤方式较其他放煤方式顶煤采出率要高,且含矸率较低。现场工业试验应用表明,工作面回采期间,顶煤平均采出率为86.8%,多回收产量5%,取得了良好的经济效益。

Development and prospect on fully mechanized mining in Chinese coal mines

Fully mechanized mining(FMM)technology has been applied in Chinese coal mines for more than 40 years.At present,the output of a FMM face has reached 10-million tons with Chinese-made equipment.In this study,the new developments in FMM technology and equipment in Chinese coal mines during past decades are introduced.The automatic FMM technology for thin seams,complete sets of FMM technology with ultra large shear height of 7 m for thick seams,complete sets of fully mechanized top coal caving technology with large shear height for ultra-thick seams of 20 m,complete sets of FMM technology for complex and difficult seams,including steeply inclined seams,soft coal seams with large inclination angle,and the mechanized filling mining technology and equipment are presented.Some typical case studies are also introduced.Finally,the existing problems with the FMM technology are discussed,and prospect of FMM technology and equipment applied in Chinese coal mines is put forward.

煤矿大倾角工作面智能通风系统优化研究

深部煤层大倾角工作面开采时容易产生强扰动,造成采场应力增高,特别是高瓦斯矿井,瓦斯含量上升,极易引发安全问题。通过对工作面通风系统的优化,探究大倾角工作面回采期间瓦斯治理效果。通过理论分析、现场实测等方法,得出以下结论:针对2505综采工作面回采期间回风瓦斯浓度偏高的现象,采取全风压与局部通风相结合的方式治理工作面回采期间瓦斯问题,起到了良好的效果,保证了工作面的安全高效回采;针对2505综采工作面机尾绞车窝处出现瓦斯积聚现象,采用WX-80瓦斯稀释器,利用新设备治理局部瓦斯积聚现象,有效地防止了瓦斯事故的发生。

深埋煤层覆岩结构与支架工作阻力研究

针对深埋煤层大采高工作面覆岩结构复杂,矿压现象强烈的特点,以羊场湾煤矿为工程背景,采用理论分析、相似模拟、现场实测等方法,建立羊场湾矿大采高覆岩结构力学模型,对大采高综放工作面覆岩结构的断裂和液压支架工作阻力进行综合性研究。研究表明:正常回采期间,基本顶未达到极限垮落距之前,直接顶和部分基本顶破断并不能充填采空区,以至工作面上方形成倒台阶式的“悬臂梁”结构,液压支架主要作用于防止悬臂梁结构发生回转失稳;来压期间,基本顶连同上部两岩层破断垮落充填采空区,工作面上方形成“砌体梁-悬臂梁”结构,液压支架一是提供防止直接顶“悬臂梁”结构发生回转失稳的压力,二是提供防止基本顶“砌体梁”结构回转的压力。

大埋深倾斜厚煤层下导水裂隙带发育高度的微震监测

以九龙矿15249S工作面为工程背景,利用微震监测技术对上覆岩层塑性区破坏变化规律及导水裂隙带发育高度进行监测,并结合理论计算、数值模拟与现场实测结果进行对比,验证微震监测较高的准确性。结果表明,微震监测结果更为接近现场实测数据。监测结果显示:工作面及其回采巷道上方130 m范围内,微震事件分布密集、能量较大,故该空间内上覆岩体破坏变形较为严重,裂隙较为发育;当超过130 m时,微震事件骤减,数量几乎为0;因此得到导水裂隙带发育高度为130 m。研究成果可为九龙矿的安全生产提供可靠参考,并为类似的大埋深倾斜厚煤层工作面提供一种有效监测导水裂隙带发育高度的方法。

“斜台阶切落体”结构特性及对覆岩采动裂缝的影响研究

针对我国西部矿区浅埋厚煤层下采煤易出现矿压剧烈、地表沉陷破坏严重等现象,以西部某矿22021工作面为研究背景,提出了浅埋厚煤层下的“斜台阶切落体”结构力学模型,得到了结构失稳的条件方程和求解支护力大小的公式,通过PFC数值模拟和工程应用进行了验证,并分析了该结构对覆岩采动裂缝发育规律的影响。结果表明:影响“斜台阶切落体”结构稳定性的主要因素为岩块块度和回转角,该结构的稳定性会直接影响覆岩采动裂缝的发育情况。煤层开采过程中,覆岩采动裂缝发育表现为斜角度延伸及周期性横向扩展特征,“斜台阶切落体”结构失稳前,裂缝发育阶段处于缓慢增长期,结构失稳后会导致覆岩采动裂缝数量出现断崖式增长,发育阶段进入急剧增长期,结构稳定性直接影响了覆岩采动裂缝的发育情况,从而影响地表沉陷的破坏情况。覆岩采动裂缝数量先后经历了1个缓慢增长期和4个急剧增长期的动态发育过程。在缓慢增长期,裂缝数量表现为随工作面推进距离增长的指数变化关系;在急剧增长期,裂缝数量表现为随工作面推进距离增长的线性变化关系。研究结果可为采动损害防护及地表生态修复提供依据。

基于微震监测的大埋深缓倾斜厚煤层底板破坏规律研究

以九龙矿为背景,利用微震监测技术对该矿15249S工作面进行长期动态实时监测,针对底板微震事件频次、累积能量与推进距离、破坏深度进行相关度分析,揭示了底板破坏带的空间分布特征,确定了底板破坏深度及破坏范围。结果表明,微震事件以近煤层弱事件为主,底板事件个数大于顶板事件,上顺槽底板事件个数大于下顺槽底板事件;受开采扰动影响,15249S工作面底板破坏程度逐渐加深,最终形成2个破坏带,在走向上呈“倒双峰”式分布;底板破坏深度总体上与微震事件频次及微震事件累计能量成正相关,底板最大破坏深度为25 m,无突水危险。研究结果为九龙矿现场安全生产提供支撑,并对类似大埋深缓倾斜煤层开采提供参考。

大倾角复合顶板综采工作面液压支架选型

对于大倾角复合顶板综采工作面机械化开采存在的煤壁片帮、顶板冒落问题,以山西某煤矿为研究背景,其北翼3号煤层为大倾角中厚煤层,以该煤层的开采条件(大倾角、复合顶板)为基础,展开了综采工作面液压支架的选型工作,同时针对大倾角液压支架的防滑、防倒以及防飞矸等技术问题展开了研究,并将其成功应用到实际生产中。

浅埋深煤层开采地表漏风规律及封堵技术

浅埋深煤层开采后引发的地表漏风易致采空区遗煤自燃,为治理地表漏风,对大南湖一矿综放面地表裂隙分布范围及宽度进行了实测及绘图,基于SF_(6)示踪气体检漏技术,定性、定量研究了地表漏风规律,得到了不同地表裂隙治理后的漏风量计算方法,形成了适用于大南湖一矿浅埋深煤层开采的地表裂隙封堵技术。

深井大倾角煤层巷道围岩控制技术探讨

针对长城三矿深井大倾角煤层回采巷道掘巷后出现显著非对称破坏问题,分析1905S运输巷原支护失效原因,针对深井大倾角回采巷道围岩赋存特征提出锚网索联合支护优化方案。通过顶板布置高预紧力锚索提升顶板岩层承载能力,限制顶板离层变形,同时增大帮锚杆密度提升煤体抗变形能力。现场监测数据表明:采取大倾角回采巷道锚网索联合支护技术后,有效控制巷道断面收敛量,同原支护相比巷道变形量降低了60%。研究成果可为类似深井大倾角回采巷道的掘进提供借鉴。

大倾角碎软低渗煤层下向长钻孔工艺研究与应用

针对新疆艾维尔沟矿区大倾角碎软低渗煤层,设计了一种高性能三棱螺旋钻杆,其转矩性能更优,同时具备更大的排渣通道与更佳的孔壁稳定性,三棱螺旋结构既提高了钻杆的排渣效率,又可在钻遇碎软煤层时通过旋转钻杆、反复洗孔等方式有效解决由于垮孔、塌孔造成的卡钻、埋钻问题,可有效提高碎软煤层钻进深度。揭示了螺旋型三棱钻杆不同孔深段所需风压:孔深0~50 m时风压为0.44 MPa、孔深50~100 m时风压为0.53 MPa、孔深100~150 m时风压为0.61 MPa、孔深150~200 m时风压为0.67 MPa,并提出一套适用于大倾角碎软低渗煤层下向长钻孔钻进施工工艺。针对2130煤矿25222运输巷,在下帮施工20个下向长钻孔并开展了下向长钻孔排采试验,在排采的60 d内,甲烷抽采纯流量前10 d由0.10 m^(3)/min快速降低至0.04 m^(3)/min、之后30 d由0.04 m^(3)/min缓慢降低至0.02 m^(3)/min、最后20 d由0.02 m^(3)/min缓慢增加至0.04 m^(3)/min,达到了排采试验目标。试验结果表明,采用三棱螺旋钻杆+中风压排渣钻孔工艺能够有效解决常规回转钻进成孔率低、孔深浅、工期长的问题,利用下向长钻孔解决工作面条带瓦斯抽采在新疆艾维尔沟矿区的推广应用奠定了基础。

大倾角采煤工作面液压支架稳定性控制措施研究

对11305采煤工作面回采期间液压支架失稳原因进行分析,发现煤层倾角大、地质构造发育以及液压支架顶梁不接顶等是导致支架失稳的主要原因。依据现场情况,提出采面安全开采措施以及液压支架稳定性控制措施。经现场应用后,液压支架稳定性得以明显提升,可为后续采面开采创造良好条件。

大倾角薄煤层工作面刮板输送机卸载方式研究

针对目前大倾角薄煤层采煤工作面在采煤过程中刮板输送机的机头上窜下滑引起的煤块在卸载口撒落,以及机头处三角煤无法清理的问题,对刮板输送机传统的卸载方式进行分析研究,提出了一种新的适用于大倾角薄煤层工作面的机头铰接式卸载方式,为煤矿井下刮板输送机的卸载方式的合理选型提供了理论依据。

高应力大倾角切眼综掘施工工艺优化

针对综掘机在切眼施工期间受巷道倾角大导致综掘机掘进期间不稳定、运输难度大等问题,对掘进工艺、运输方式等进行优化。现场应用后,山西某矿31302工作面切眼耗时1个月即可完成掘进,期间综掘机及运输设备等始终保持稳定,实现了高应力大倾角切眼的快速安全掘进。

深部软岩巷道围岩变形机理研究

本文以古城煤矿北二2号回风大巷为工程背景,通过理论研究和数值模拟进行深部软岩巷道围岩变形机理研究,即基于弹塑性力学理论建立围岩弹塑性区力学模型,确定塑性区半径和位移受地应力、支护阻力、围岩内摩擦角和内聚力等影响,利用数值模拟确定多因素并进行分析,在埋深确定情况下,粘聚力在2.5 MPa范围内和内摩擦角在33°范围内,对巷道塑性区变形有一定控制作用,继续增加后对塑性区控制效果降低。

大倾角煤层设备稳定性控制技术研究与应用

基于大倾角煤层综采工作面三机设备失稳机理研究分析,建立了支架受力状态模型,提出了工作面采用俯伪斜布置方式,减小了与运输巷夹角,解决了大倾角工作面飞矸、片帮问题。实施了综采支架6项技术改造,形成大倾角煤层工作面支架-刮板输送机耦合防滑技术,优化推溜拉架工艺,实现支架防倒防滑。根据采煤机在大倾角工作面运行问题分析,实施了6项技术改进,解决了采煤机跑机问题,提高了采煤机行走速度。通过现场实践,结果表明:在采用8°俯伪斜布置方式情况下,采煤工作面可实现正倾斜开采,有效解决仰采导致的片帮、飞矸问题。在保证支架工作阻力满足顶板管理要求前提下,支架重量越轻,对维护支架稳定性越好。