500m超长工作面刮板智能输送技术研究

在中厚煤层开采领域,超长工作面智能开采是煤炭开采技术的发展趋势,而智能运输是其重要组成部分。在总结现阶段国内400~450 m工作面智能开采中刮板运输系统问题的基础上,探索了500 m超长工作面智能刮板输送系统装机功率与运量合理匹配的方法,提出了解决500 m超长工作面刮板运输技术难题的可行性方案。基于综采三机选型配套技术方案及2000 kW以上高端传动系统的应用实践,研制了国产2500 kW大功率变频一体智能传动系统,包括变频一体电机、减速器、限矩器等,关键技术、关键部件均实现了国产化。为解决因传动装置重心位置后移、中部槽槽宽参数不变,不利于端头设备顺利推移的技术难题,研究了中等槽宽配置大功率传动装置的防偏沉技术,建立了机头(尾)推移部多工况推移模型,并对推移部进行了结构优化,解决了因传动装置偏沉造成机头整体失衡、漂溜严重、推移难度加剧的问题。针对刮板链断链后,中部槽内煤量负荷较大时,液压马达难以带动、断链事故处理较为困难的问题,选用了大扭矩数字液压马达并研制了数字马达控制系统,减小了维护刮板链的工作强度。基于刮板运输设备安全运行对链条进行实时变形补偿的需求,提出了500 m运距链条张紧控制策略,开发了运行过程中链条张紧度随负荷梯度智能调节技术,解决了500 m运距链条弹性变形的动态补偿问题,并通过在机尾架盖板上端加装AI高清摄像仪来实现对链条运行状态的实时检测,为工作人员对链条运行状态的实时掌控提供了便利。此外,为了提高伸缩机尾对多种复杂工况的适应性,确保其在使用周期内能够伸缩自如,提出了从结构、材料、制造工艺三方面来提高伸缩机尾的强度和刚度的技术方案,并研制了液压缸防护罩、伸缩机尾滑道自动冲洗系统,进一步提升了伸缩机尾的可靠性。井下现场工业性试验表明:该设备运量与装机功率匹配合理,2500 kW变频一体智能传动系统占用空间较小、传递扭矩精准,斜推式机头(尾)推移部稳定可靠,数字液压马达处理断链问题方便省力,伸缩机尾按负荷分梯度自动张紧时未出现卡滞,保障了煤炭的安全、高效运输,为500 m超长工作面智能开采提供了技术保障。

远距离斜交工作面上行开采上组煤垂直应力演化规律

为探究平煤八矿远距离煤层群斜交工作面上行开采过程中上组煤层垂直应力演化规律,采用数值模拟计算的方法展开研究。研究结果表明,己_(15)-21030工作面回采过程中与上覆戊_(9.10)-21070工作面依次形成相离、相交和重叠的空间关系,因此会使上组煤层应力增高或降低。相离区域为应力升高区,受下组煤采动影响应力整体呈升高趋势,应力集中系数最大为1.18;相交区域为卸压过渡区,戊_(9.10)-21070工作面应力由增压变为卸压,最大卸压值较原始应力降低了25%,倾向卸压影响范围为55 m;重叠区域为卸压区,受己_(15)-21030工作面采动影响卸压效果及卸压范围均进一步增大,最大卸压值较原始应力降低了40%,倾向卸压影响范围增大至180 m。将戊组煤层戊_(9.10)-21070工作面根据应力分布云图依次划分为增压区、应力过渡区、卸压区和稳定卸压区。通过现场瓦斯含量测试验证了卸压区残余瓦斯含量比原始区域残余瓦斯含量降低32.9%,远距离煤层群上行开采形成卸压区有利于瓦斯治理工作的开展。

综掘工作面风幕阻尘效果影响因素研究

目前综掘工作面粉尘污染的研究多集中于单一因素对综掘工作面风幕阻尘效果的影响,而未充分考虑各因素间的交互作用,使得压风分流技术的工程应用效果欠佳。为明确附壁风筒径向出风距离、径向出风比及轴向出风距离对风幕阻尘效果的影响,以潘三矿810西翼机巷综掘工作面为研究对象,运用Fluent软件对径向出风距离为10~25 m、径向出风比为0.6~0.9及轴向出风距离为6~12 m条件下的风流分布和粉尘扩散情况进行数值模拟。结果表明:(1)随着径向出风距离增大,径向涡流风幕在巷道内的转变更充分,综掘机司机前端的风流分布越均匀,更有利于形成风速方向均指向工作面的轴向阻尘风幕。当径向出风距离为10 m时,距工作面7 m断面内涡流特性明显,风速方向紊乱;当径向出风距离为25 m时,距工作面7 m断面内,风流分布趋于均匀,风速方向均指向工作面,形成了能够覆盖全断面的轴向阻尘风幕。(2)随着径向出风比增大,整流风筒轴向风流风量减小,轴向风流风速和射流强度降低,轴向风流对综掘工作面前端气流的扰动减弱;径向出风比越大,越有利于形成风流方向指向工作面且能覆盖全断面的轴向阻尘流场,即轴向阻尘风幕。(3)径向涡流风幕的阻尘能力随径向出风比的增大先增强后减弱,轴向阻尘风幕的阻尘能力随径向出风比的增大而不断增强。(4)在采取压风分流风幕阻尘技术后,当压风总量为300 m^(3)/min,吸风量为400 m^(3)/min,附壁风筒径向出风距离为20 m,径向出风比为0.9,整流风筒轴向出风距离为8~10 m时,能很好地将粉尘聚集在吸尘口附近,达到高效控尘除尘的目的。在810西翼机巷综掘工作面进行现场测试,测点风速和粉尘质量浓度实测值与模拟值基本一致,高浓度粉尘被有效阻控于工作面前端,隔尘效果较为明显,验证了数值模拟的有效性。

浅埋超长工作面矿压显现规律研究

为了研究浅埋超长工作面矿压显现规律,以青龙寺煤矿5-20311工作面为研究背景,采用FLAC 3D软件对其进行开采模拟,研究浅埋超长工作面顶板覆岩位移、地表沉降、裂隙以及工作面液压支架竖向位移与工作面阻力随开采推进距离的变化规律。数值模拟结果表明,浅埋超长工作面顶板覆岩易出现直接顶沿煤壁全厚切落,地表出现整体台阶下沉的现象;5-20311工作面开采过程中,顶板覆岩初次来压步距约为24 m,周期来压步距约为16~24 m,平均周期来压步距约为20 m,导水裂隙带平均发育高度约为50 m,最大发育高度约为72 m;开采推进距离为24 m时,工作面液压支架竖向位移以及工作阻力均达到最大,分别为320 mm和40.5 MPa;当工作面开采推进距离大于24 m时,液压支架竖向位移和工作阻力开始呈周期性的变化,变化周期约16~24 m。

小保当二号煤矿超长综采工作面初次来压规律分析

为探究小保当二号煤矿132202智能超长综采工作面初采阶段的压力显现规律,采用在线应力监测设备实时监测综采工作面各液压支架的应力数据。结果显示,在超长工作面来压前工作面局部发生一次小规模压力显现;超长工作面开始初次来压具有分区来压的特点,机尾侧率先来压,之后工作面机头侧和中部陆续来压,且工作面机尾侧来压强度整体高于机头侧。超长工作面初次来压总持续时间约29 h,其中整个工作面强烈来压持续时间约7.0 h;工作面机头侧初次来压步距约79.6 m,工作面中部初次来压步距75.6~82.6 m,平均78 m,机尾侧初次来压步距约74.7 m。

近水平煤层超长工作面合理宽度取值范围研究

为了研究超长工作面开采覆岩两带变形破坏特征以及矿压差异性变化规律,以袁大滩煤矿为背景,采用数值模拟软件建立不同工作面长度的数值计算模型,研究不同宽度工作面条件下的围岩的破坏情况,为工作面合理宽度选择提供一定的科学依据。结果表明,工作面开采的宽度与覆岩两带发育高度、位移变化范围、应力大小形呈正比关系,同时随着开采宽度增加应力区域范围扩大,弹性能峰值普遍增加,尤其是开采宽度达到450 m后,其弹性能的能量增幅明显;工作面面宽越大时,宽度增加引起两带高度的增幅逐渐减小、位移变化区域范围增量相对越小,同时应力区域范围的增加幅度逐渐减小;在合理的现场防控措施下,400 m工作面宽度能较好地满足工作面的安全高效生产。研究成果可为袁大滩煤矿工作面宽度取值范围的合理选取提供指导。

超长大采高回撤通道破坏特征及主被动协同控制技术

针对超长大采高工作面预掘回撤通道大变形失稳导致巷道破坏、设备回撤受阻等安全问题,采用理论分析、数值模拟、现场试验等方法,基于回撤通道破坏特征分析,提出“控顶固帮”主被动协同控制技术。建立了超长工作面采动支撑压力顶帮联合失稳力学模型,基于超长大采高顶板断裂位置与围岩稳定关系,揭示回撤通道破坏机理。利用UDEC数值模拟对超长大采高回撤通道区域环境进行验证,提出了“实时断顶+垛式支架+锚杆索”协同控制方案,保障回撤通道稳定。该技术在黄玉川煤矿226_(上)03综采工作面回撤通道成功应用,监测结果表明:工作面贯通后,回撤通道顶板下沉量为75.6 mm,底板鼓出量95.7 mm,两帮变形量103 mm,变形量小、支护效率高、成本低,实现了黄玉川煤矿超长大采高工作面回撤通道稳定安全高效的目的。

顶板高位定向长钻孔瓦斯治理技术研究

为解决新景矿15124工作面瓦斯超限问题,基于“O”形圈理论和瓦斯抽采机制,提出工作面定向长钻孔瓦斯治理技术,并根据现场实际情况确定了定向长钻孔技术参数,现场实践结果表明:采用定向长钻孔瓦斯治理技术,单孔最大瓦斯纯流量达到10.1%、瓦斯浓度达到0.2 m^(3)/min,有效保证了井下工作面的安全回采。

超长工作面液压支架关键参数设计及效益分析

为解决超长工作面回采过程中出现的剧烈矿压显现问题,以魏墙煤矿400m超长工作面为工程背景,通过类比分析陕北地区数个煤矿超长工作面液压支架基本参数,结合载荷估算法、FLAC^(3D)数值模拟和普式拱理论等方法综合确定液压支架支护强度和工作阻力。利用现有300 m工作面液压支架压力监测数据,校核修正超长工作面主要参数,并进行300 m工作面和400 m超长工作面的经济效益和优缺点对比分析。结果表明,400 m超长工作面选用的液压支架支护强度应不低于1.2 MPa,工作阻力不低于17 000 kN,可实现顶板稳定性控制,具有减小巷道掘进工程量、提高综采工作面工效、解决采掘接续难题等显著优点,可满足年产700万t煤炭资源的开采要求,具有良好的经济效益和社会效益。

超长工作面开采下区段煤柱留设合理宽度分析

为确定超长工作面开采下区段煤柱合理留设宽度,分析超长工作面侧向支承压力在煤柱中的分布特征,利用数值模拟软件研究区段煤柱中的应力分布,并在现场区段煤柱不同深度中布置钻孔应力计,监测侧向支承压力的变化规律。结合巷道围岩稳定性综合监测分析,研究超长工作面采动影响下巷道围岩的变形破坏特征,进而优化支护参数,以保障超长工作面回采巷道的通畅与安全。研究结果表明,在11205工作面右端、11207工作面左端及其煤柱区域位置煤柱内部应力分布呈现出明显的3处应力集中,其煤柱位置的应力集中效应更为明显;增大煤柱宽度能够有效改善煤柱应力分布状态,但当煤柱宽度超过16 m后,应力变化不大。工作面开采后,11207工作面采空区顶板位移量明显增大,整体位移变为以煤柱为中心的扇形沉陷,说明煤柱对上覆岩层起到了支撑作用。根据数值计算结果,得出煤柱留设宽度在16 m煤柱较为合适;由煤柱顶底板破坏强度可知,留设16~20 m的煤柱较为合适。

跨工作面采空区瓦斯抽采技术研究

Y型通风连续回采工作面采用沿空留巷技术提高煤炭采出率,随着工作面回采,采空区会扩大、连通,回风隅角和挡矸架内风流不畅,瓦斯不仅容易积聚,还很难稀释吹散,导致超限报警频繁。目前针对回风隅角和挡矸架内瓦斯积聚问题的解决方案,无法实现对采空区的持续抽采,且抽采能力较为分散,难以保证治理效果。针对Y型通风连续回采工作面采空区瓦斯治理难题,以东峰煤矿3202工作面为工程背景,提出一种跨工作面采空区瓦斯抽采技术。在相邻工作面的回风巷内施工定向长钻孔至采空区顶板断裂带,定向长钻孔抽采管路在工作面回采后无需撤管,可持续抽采采空区瓦斯,最大限度降低采空区及其顶板断裂带瓦斯存量,形成跨工作面,对采空区瓦斯进行抽采,减少了相邻采空区积聚瓦斯,有效防止顶板大面积垮落时采空区瓦斯突然扇出带来的瓦斯灾害。试验结果表明:跨工作面钻孔距离巷道顶板30~40 m,跨工作面定向长钻孔终孔位置在水平方向上距轨道巷20~40 m时抽采效果理想;施工定向长钻孔至采空区顶板断裂带,持续抽采采空区瓦斯,挡矸架内的瓦斯体积分数由0.67%降至0.22%,回风流瓦斯体积分数由0.47%降至0.18%,回采期间3202工作面瓦斯体积分数保持在0.6%以下。跨工作面采空区瓦斯抽采技术为采空区的瓦斯抽采方式提供了新思路。

450m超长工作面矿压显现与地表移动变形规律研究

基于国内首个年产千万吨450m超长智能化开采工作面,采用实测手段全面分析了其矿压显现和地表移动变形规律,结果表明:450m超长工作面初次来压步距平均为77.1m,周期来压步距主要分布在5~15m,平均为11.4m;超长工作面周期来压步距小、来压频繁、持续时间短,且工作面沿倾向不同步来压;来压期间,支架工作阻力在工作面中部两侧形成两个高阻力区,沿倾向方向呈现“马鞍”形的双峰状分布特征;450m超长工作面支架工作阻力主要分布在8000~14000kN中等阻力区间,呈现正态分布特征,支架适应性良好。在超长工作面强采动影响下,地表沉降具有影响范围大、下沉速度快等特点,工作面临空侧地表移动范围和沉降幅度均显著大于实体煤侧,地表呈现不对称沉降现象。研究成果可为我国同类超长工作面的顶板管理和开采设计提供借鉴。

中厚煤层千万吨级超长工作面矿压显现与覆岩活动规律研究

为探究综采工作面长度显著加长后工作面矿压显现和顶板活动的新特点,以国内首个中厚煤层千万吨级450 m超长工作面为工程背景,基于支架压力和微震实时监测手段,全面分析了超长工作面支架阻力分布、增阻特性和覆岩破断微震能量分布特征。研究结果表明:综采工作面长度由300 m加长为450 m后,支架阻力沿倾向分布特征由单峰状转变为双峰状,工作面支架支护强度平均增大约7%,工作面加长后,工作面矿压显现强度整体增强;超长工作面来压期间支架增阻形式主要为“对数-指数”复合函数型增阻,呈现先快、中缓、最后短时急速增阻的特点,超长工作面大截深开采是造成采煤循环末期支架快速增阻的主要诱因,在顶板状态不稳的情况下,应适当减小采煤机截深并提高支护质量;工作面覆岩破断微震事件的发生能量小、频次低,主要活跃在工作面后方40 m至前方80 m范围,微震事件分布特征表明超长工作面顶板垮落及时,无长距离悬顶现象,不易造成强动载事件,在垂直方向微震事件主要分布在垂高25m以下顶板,厚度17.82 m的细粒砂岩基本顶是造成工作面矿压显现的主导岩层,高位岩层破断对工作面矿压显现影响较小。

陕北风积沙区超长工作面地表移动变形特征研究

为研究风沙地貌超长工作面开采地表移动变形影响,对陕北柠条塔矿S12002工作面进行长期、系统的地表变形监测,研究结果表明:陕北风积沙区超长工作面地表变形具有下沉响应快、边界下沉收敛迅速、地表下沉呈非连续性震荡波动、地表开切眼处损伤严重等特点,其中最大下沉系数0.59,最大下沉量2442.4 mm,最大水平移动值832.3 mm,最大下沉速度354 mm/d,活跃期下沉量占总下沉量96%,该地区具有明显的高强度开采损害特征;下沉系数与工作面地质采矿条件参数存在一定相关性,研究成果丰富了西部风积沙区超长工作面地表变形特征研究数据。

超长工作面刮板输送机技术参数选型研究

超长工作面刮板输送机链条长度增长、负载增加,容易出现链条断链和功率不足等问题。以国内首个中厚煤层450 m超长工作面刮板输送机为研究对象,对槽宽与运量、消耗功率及链条选型进行了详细研究,确定了超长工作面刮板输送机技术参数,为煤矿井下超长工作面刮板输送机的可靠和高效运行提供理论支撑。

综掘工作面长压短抽通风除尘技术探析

近年来,我国社会经济发展速度不断加快,社会生产和生活对煤矿资源的需求量增加,煤矿生产规模有所提高,为提升煤炭资源的采掘效率和开发效果,综掘工作面施工技术受到广泛应用,为煤矿资源的开发带来机遇。但是在综掘工作面施工过程中,长压短抽通风除尘技术的应用可能会受到诸多因素的影响出现问题,不能确保通风除尘效果。基于此,本文分析综掘工作面长压短抽通风除尘技术的特点,研究技术应用的重要意义,提出技术应用的措施,旨在为增强综掘工作面通风除尘效果提供助力。

长走向大采宽回采工作面断层构造探查预测研究

随着煤炭开采向矿井深部延伸,地质构造愈加复杂,加之长走向大采宽回采工作面的布置,工作面内部隐蔽致灾因素对工作面安全高效回采带来一系列的安全隐患,地质保障技术必须进一步提升。本文根据吕家坨矿6272回采工作面实际工作经验,从基础资料的综合分析、加强物探钻探手段的应用以及强化现场跟踪观测等方面入手,总结并提出了长走向大采宽回采工作面内部隐蔽致灾因素探查预测防治思路。

特厚煤层工作面定向长钻孔以孔代巷瓦斯抽采技术

为解决高瓦斯特厚煤层采煤工作面瓦斯超限问题,研究了大佛寺矿井采煤工作面不同阶段瓦斯抽采效果,确定了高位定向钻孔抽采方式治理采空区瓦斯,分析了钻孔层位、平距及周期来压、涌水量对高位定向钻孔抽采效果的影响。结果表明,高位定向钻孔最大瓦斯抽采量达13.34m^(3)/min,可有效降低工作面瓦斯。

浅埋薄基岩超长工作面液压支架群组的承载特性及安全管控研究

为探究浅埋薄基岩超长工作面液压支架群组的承载特性,构建了工作面煤壁-支架-顶板的弹性基础梁力学模型,研究了7种因素对支架阻力的影响。理论计算与实测结果吻合良好。研究结果表明:支架工作阻力呈单峰值与“M”形三峰值两种分布形式;工作面长度、基本顶厚度和弹性模量影响支架阻力分布曲线形状和高阻力范围;采高和上覆岩层载荷影响曲线值;支架刚度影响高阻力范围;巷帮刚度影响靠近巷道侧的支架阻力。基于此,提出了包括确定适当面长、支架分区调控、煤壁协同控制、巷帮主动强化等手段在内的浅埋薄基岩超长工作面关键安全管控措施。研究成果可为浅埋薄基岩超长工作面支架阻力设计与灾害预防提供理论依据。

长距离工作面带式输送机应用中部驱动技术的分析研究

结合陕西省黄陵建北煤矿工作面带式输送机项目,采用卸载式滚筒中部驱动技术,分析关键点张力要求,得出中部驱动点位置的计算方法和模型,对类似长距离工作面带式输送机采用中部驱动技术位置确定提供参考和借鉴。