Technique of coal mining and gas extraction without coal pillar in multi-seam with low permeability

Aimed at the low mining efficiency in deep multi-seams because of high crustalstress,high gas content,low permeability,the compound 'three soft' roof and the trouble-somesafety situation encountered in deep level coal exploitation,proposed a new idea ofgob-side retaining without a coal-pillar and Y-style ventilation in the first-mined key pressure-relieved coal seam and a new method of coal mining and gas extraction.The followingwere discovered:the dynamic evolution law of the crannies in the roof is influenced bymining,the formative rule of 'the vertical cranny-abundant area' along the gob-side,thedistribution of air pressure field in the gob,and the flowing rule of pressure-relieved gas ina Y-style ventilation system.The study also established a theoretic basis for a new miningmethod of coal mining and gas extraction which is used to extract the pressure-relievedgas by roadway retaining boreholes instead of roadway boreholes.Studied and resolvedmany difficult key problems,such as,fast roadway retaining at the gob-side without a coalpillar,Y-style ventilation and extraction of pressure-relieved gas by roadway retainingboreholes,and so on.The study innovated and integrated a whole set of technical systemsfor coal and pressure relief gas extraction.The method of the pressure-relieved gasextraction by roadway retaining had been successfully applied in 6 typical working faces inthe Huainan and Huaibei mining areas.The research can provide a scientific and reliabletechnical support and a demonstration for coal mining and gas extraction in gaseous deepmulti-seams with low permeability.

岩巷综掘面抽尘参数影响粉尘污染扩散规律研究

抽尘系统是岩巷综掘面长压短抽通风方式中控除粉尘污染的重要组成部分,而确定适宜的抽尘参数是实现有效除尘的关键。利用Solidworks软件对某矿632岩巷综掘面进行了物理建模,并进行了ICEM-CFD网格划分,通过网格无关性检验确认了后续所用的网格模型,运用FLUENT计算流体力学软件对不同抽尘位置Dn(n分别为0、1/4、1/2、3/4、1)与抽风量(300~350 m^(3)/min)影响粉尘污染扩散状况进行了数值模拟,并通过仿真试验验证了数值模拟结果的准确性。结果表明:抽尘位置为D0、D1/4、D1/2、D3/4时,巷道内风流整体均处于较为紊乱的状态,粉尘污染经风流运载最终均扩散至整个巷道;抽尘位置为D1时,在抽风与压风协同作用下,距迎头4.6~6 m范围内形成了风向指向迎头、流动均匀且覆盖巷道全断面的有效控尘风幕,粉尘污染被风幕控制在掘进机司机与迎头之间的封闭空间内。抽风量在330 m^(3)/min及以上时,在司机处均形成了有效控尘风幕。为了在有效控尘的前提下尽可能降低能耗,最优抽风量选取最小值330 m^(3)/min。

特厚煤层掘进巷道两帮卸压钻孔合理参数数值模拟研究

目前钻孔卸压技术为冲击地压矿井巷道掘进期间防冲主要措施之一,钻孔布置和参数决定着卸压效果。目的为了探讨特厚煤层掘进巷道两帮卸压钻孔合理布置参数,方法基于耿村煤矿综放工作面运输巷道地质采矿条件,利用数值计算方法研究掘进巷道两帮在单排布置时孔深、孔径、孔间距,双排布置时排距等不同参数条件下,巷道围岩应力云图和两帮垂直应力分布特征。结果结果表明:(1)单排布置卸压钻孔时,随着孔深、孔径递增,巷道两帮高应力区逐渐向深部围岩转移,而巷道两帮浅部围岩处于低应力区。(2)当钻孔孔深、孔径达到一定值时,巷道两帮支承压力由“单峰型”转化为“双峰型”,浅部围岩处于临界卸压状态;随着孔深、孔径继续增加,巷道两帮处于过度卸压状态。(3)利用卸压后、无卸压时巷道两帮高应力区向深部围岩的转移量ΔL、峰值应力处距巷道表面距离的比值η表示临界卸压和过度卸压状态,确定出卸压钻孔的合理参数。在耿村煤矿13230综放工作面运输平巷进行超前钻孔卸压和锚网索+36U型可缩性金属支架二级支护后,对巷道两帮实施钻孔卸压防冲,效果显著。结论研究结果对冲击地压矿井回采巷道掘进期间的卸压防冲具有指导和借鉴意义。

荫营煤矿采空区瓦斯运移特征及防治技术应用

以荫营煤矿地质条件为基础,对综采工作面采空区瓦斯运移特征及抽采技术进行了研究,确定了工作面瓦斯浓度推进方向与切眼方向上的运移规律,采用高抽巷抽采采空区瓦斯,并对高抽巷及钻场布置参数进行了设计。高抽巷瓦斯抽采混合量在90~109 m~3/min范围内,抽采纯量在4~7 m~3/min范围内,工作面回风隅角瓦斯浓度未超过0.5%,表明采用高抽巷技术能够有效治理采空区瓦斯。

深井跨采巷道群开采扰动模拟分析与围岩控制对策研究

针对工作面开采扰动下底板巷道围岩控制难题,以安居煤矿1315工作面跨采底板巷道群为研究背景,通过数值模拟及现场实践的方法,分析了上覆工作面回采过程中巷道围岩的应力和塑性区分布特征。研究结果表明:工作面推进至终采线100 m时,超前支承压力在水平方向影响范围约35.8 m,在竖直方向影响范围约37.8 m。底板巷道按照到工作面距离的大小先后受到回采影响,具有过程性。针对3_(上)煤底板巷道群围岩受扰动变形等特点,提出“锚网索+T型钢带+金属网”联合支护技术方案。现场监测表明,支护方案对底板巷道群围岩变形量控制效果显著,确保了工作面下覆巷道群在回采期间的稳定使用。

基于改进级联式BP神经网络的巷道点云分类

巷道点云数据的高效分类对于地下交通和矿山开采的安全监测与三维重建具有至关重要的意义,可以推动点云数据的充分挖掘与利用。本文针对现有巷道点云分类方法存在的噪声敏感、处理效率低、易出现过拟合等问题,提出了一种自适应调参的早停机制优化的级联式反向传播(CBP)神经网络分类方法。该方法首先通过Trimble RealWorks软件分离巷道与巷道地面点云;然后利用球形邻域空间和协方差矩阵特征值提取局部几何特征,构建特征向量;最后通过改进的CBP网络实现巷道内部照明设备、指示牌和多类管线的分级分类,提高了分类效率和精度。试验结果表明,改进后的级联式BP神经网络在巷道点云分类方面具有较高的准确性和可靠性,提高了数据处理的效率,为巷道维护、改造和安全管理提供了数据支撑。

底抽巷水力冲孔煤水输送及计量系统设计

为了实现底抽巷水力冲孔排出煤水混合物的高效清理输送,构建了一套由煤渣破碎泵送装置、煤渣精准计量装置、振动式煤水分离机、过滤水循环再利用设备及管道装置等构成的水力冲孔煤水混合物远距离输送及计量系统,对系统的关键设备进行了设计,分析了利用流量计和浓度计对管道输送时的煤渣量进行在线实时计量的工作原理。现场试验结果表明,该系统能够实现对水力冲孔排出煤水混合物的不落地远距离输送、煤水高效分离、煤渣精准计量和过滤水的循环利用,为矿井的安全高效生产提供了有力的保障。

高抽巷预抽采工作面爆炸危险性研究

高抽巷预抽采工作面对煤矿生产的稳定性和经济效益至关重要。然而,由于其存在爆炸危险性,研究工作面的爆炸危险性具有重要意义。瓦斯爆炸需要满足3个条件:瓦斯爆炸界限、引火温度和氧气浓度。为了研究工作面的爆炸危险性,对余吾煤业采用了高抽巷抽采的工作面进行了气体监测实验,并测量了瓦斯回采期间工作面和高抽巷的瓦斯涌出规律。实验结果显示,余吾煤业工作面氧气浓度和瓦斯浓度均符合爆炸条件。通过探究工作面瓦斯涌出规律,发现可以通过调整工作面推进度来改变高抽巷的瓦斯浓度。因此,高抽巷预抽采的工作面在氧气和瓦斯方面均能满足爆炸要求,并可通过调整推进度来降低瓦斯浓度,减少瓦斯爆炸的可能性,为煤矿生产安全提供了参考。

巷道三维激光点云数据变形提取方法

在地下煤炭资源开采过程中,高地压、高应力等外部因素会使得巷道围岩出现形状改变并引发冒顶、片帮等围岩破坏现象,严重威胁煤矿安全生产。为及时掌握巷道围岩变形情况,对煤矿巷道变形进行有效监测,提出了一种基于三维激光点云技术的巷道断面提取与变形量分析方法,并通过巷道内模拟实验验证了该方法的可行性。实验结果表明:所提方法能够适应井下巷道复杂环境,自动识别巷道变形位置并利用断面提取法进行更精确的变形分析,所监测表面位移分辨率能够达到厘米级,符合巷道表面位移监测需求。

高瓦斯矿井掘进工作面遇煤厚变化带瓦斯防治技术

龙王庄煤矿1206皮带顺槽采用综掘方式掘进,掘进区域内存在二1煤层厚度变化带,导致巷道掘进面临较大的瓦斯防治压力。结合1206皮带顺槽现场情况,为防止皮带顺槽在煤厚变化带掘进期间瓦斯超限及其他瓦斯事故的发生,通过采用区域预测、深孔抽采、连续区域验证、浅孔抽采等多措并举的方式综合防治瓦斯,保证掘进工作面安全施工。现场应用后,1206皮带顺槽掘进巷道保持安全高效掘进,其间未出现瓦斯异常涌出、瓦斯突出等征兆,取得了较好的瓦斯防治效果。

抽采条件下采空区瓦斯分布规律模拟及抽采技术研究

高瓦斯综采工作面采空区及上隅角瓦斯治理一直是影响安全开采的重要因素。以阳煤集团一矿81405综采工作面为研究对象,通过数值模拟方式对高抽巷、采空区埋管抽采条件下瓦斯分布规律进行研究,在此基础上确定高抽巷、采空区埋管最优参数,并对抽采效果进行现场验证。研究结果表明,高抽巷在水平内错回风大巷20 m、高度30~40 m位置、采空区埋管间距20 m时,可以有效降低回风巷及上隅角瓦斯浓度。

基于激光雷达的井下带式输送机边缘提取方法

带式输送机是煤矿井下非结构化胶带巷中巡检机器人的巡检对象之一,且其边缘提取可使机器人获取自身相对检测目标的空间位姿,为执行巡检任务提供环境信息支持。目前井下大多采用基于视觉的边缘提取技术,难以有效克服照度低、粉尘大、水雾浓等问题。针对该问题,采用防爆16线激光雷达作为巡检机器人传感器获取巷道点云,以降低环境对提取结果的影响。对获取的原始稀疏点云进行统计离群值移除和直通滤波预处理,以去除噪声和无用点云,采用随机样本一致算法分割带式输送机点云平面,基于投影-四叉树方法提取带式输送机边缘点云。rviz+Gazebo联合仿真结果表明:在机器人不同运动工况下,带式输送机边缘提取的准确率不低于96.33%;雷达遮蔽率低于30%时准确率不低于79.23%。实验室测试结果表明:带式输送机表面水层分布比例为100%且厚度饱和条件下,边缘提取准确率不低于88%,整体优于基于经纬的极值检索法、基于KDTree/OcTree的曲率阈值法、基于KDTree/OcTree的临近点夹角阈值法,且平均计算耗时仅为36 ms,满足井下实时巡检需求。

高位抽采巷空间布置及其围岩控制技术分析与研究

以N3201工作面掘巷期间瓦斯动力显现频发为工程背景,通过对覆岩内岩层分布特征及垮落带高度计算,确定将高抽巷布置于均厚为3.5 m的稳定砂质泥岩层中,进一步建立二维平面数值模型确定了高抽巷最优的水平间距为20 m,最佳支护方案为U型棚联合锚索直接支护。现场工业性试验阶段根据高抽巷内布置的十字测站监测到,随着3201工作面的回采推进,其围岩内顶底板移近量约为60 mm,两帮移近量约为21 mm,相较于原有巷道断面尺寸收敛率均小于2%.这表明高抽巷能够很好地服务于3201工作面的瓦斯治理作业,同时为具有类似条件的高抽巷围岩控制提供了指导意义。

综放工作面“以孔代巷”瓦斯治理技术应用

针对王家岭矿采煤工作面“厚煤层、高产量、瓦斯低含量”的特点,拟定采用顶板走向长钻孔代替高抽巷的瓦斯治理技术。以该矿18103工作面为工程实例,通过施工定向顶板走向长钻孔进行抽采试验,以验证“以孔代巷”瓦斯治理的可行性及有效性,应用取得显著效果。

底板承压水上底抽巷破坏特征及控制技术

针对承压水上掘进底抽巷易导致底板突水事故,底抽巷层位选取不合理将造成瓦斯抽采效率低的问题,以古汉山煤矿1508工作面底抽巷为工程背景,通过分析底板突水发生机理及其围岩塑性区分布特征,确定底抽巷合理的布置层位并提出围岩协同控制技术。现场试验表明,底抽巷围岩不均衡的塑性区明显使底板隔水层厚度变小,底板突水危险性高。底抽巷在垂向上距煤层底板12 m,水平方向上内错回采巷道8 m。采用以增强锚网索锚固体系能力、底角岩层稳定性及其护表能力为主,局部区域进行注浆加固为辅的综合方法对底抽巷进行治理。试验期间,底抽巷顶底板变形233 mm、两帮变形量变形209 mm后基本稳定;瓦斯抽放孔采出率得到明显提高,确保了工作面安全开采。

底板穿层钻孔瓦斯抽采技术优化

为提高3#煤层瓦斯抽采效率,优化底抽巷内穿层钻孔瓦斯抽采技术,具体通过注浆、优化封孔提升钻孔密封效果,优化排渣减少钻孔钻进期间瓦斯动力显现,使用常压水扩孔并合理调控抽采管网提升瓦斯抽采效果。工程应用后,3301回风巷底抽巷穿层钻孔瓦斯抽采效率得以显著提高,为巷道掘进及后续采面回采创造了良好条件。

瓦斯抽采钻孔对底抽巷围岩破坏效应分析

为解决某煤矿抽采钻孔破坏引起5308底抽1巷失稳的问题,利用理想弹塑性力学模型分析了引起穿层瓦斯抽采钻孔破坏的主要因素,指出内聚力、内摩擦角和弹性模量是造成钻孔围岩破坏的主要因素;利用数值模拟分析了不同孔径和不同应力扰动时瓦斯抽采钻孔的破坏范围:掘进扰动时,钻孔破环范围为直径1.5倍,二次回采扰动时钻孔破环范围为直径2.5~3倍。据此提出将5308底抽1巷布置在K_(6)灰岩以下泥岩和砂质泥岩中,并调整支护参数,对巷表进行喷浆封闭的技术方案。结果表明:底抽巷层位和支护参数调整后,顶底板移近量由之前的790 mm缩短为105 mm,两帮移近量由1264 mm缩短至221 mm,保证了矿井的安全生产。

以孔代巷瓦斯抽采工艺技术应用

为解决新源煤矿12214工作面上隅角瓦斯超限问题,考察了该工作面顶板岩性,研究了顶板裂隙带范围及其对采空区瓦斯流动聚积的影响,对瓦斯涌出量来源进行了分析,确定在不同层位施工一组共7个顶板高位定向长钻孔进行瓦斯抽采,并与一段高抽巷瓦斯抽采效果进行对比。结果表明:历经5个月回采,顶板高位定向长钻孔组与高抽巷平均抽采瓦斯浓度分别为17.24%、21.32%,抽采瓦斯纯流量分别为3.71、3.37 m^(3)/min,回采期间上隅角平均瓦斯浓度分别为0.42%、0.49%。研究表明,顶板高位定向长钻孔影响范围比高抽巷大,抽采瓦斯纯流量提高了10.09%,施工成本比高抽巷低,且施工效率更高,极大地缓解了高抽巷掘进速度对采煤工作面投产的制约,证明顶板高位定向长钻孔能够有效替代高抽巷进行矿井瓦斯抽采。

基于三维激光点云的巷道断面提取及变形检测方法

煤矿巷道的安全性对于煤矿开采、运输以及工作人员的安全具有重要作用,但巷道环境复杂、安全隐患大,使用传统检测方法效率低、耗时长,且需要人工深入现场测量。针对煤矿巷道的变形检测问题,基于移动激光扫描的方式实现对巷道变形状态的检测。首先,以移动巡检机器人为平台,通过搭载三维激光雷达的巡检机器人实现巷道三维点云数据的获取。其次,基于融合统计滤波和中值滤波的点云去噪方法以及基于密度约束和重心临近点的体素化网格下采样点云精简方法,实现对原始点云的预处理。最后,基于处理后的点云数据提取巷道断面并拟合轮廓曲线,使用整体与局部相结合的方式进行巷道变形检测应用与分析。实验结果表明了该方法在巷道变形检测中具有较好的可行性。

煤矿综采面瓦斯综合治理技术研究

通过对某煤矿25703综采工作面内部瓦斯实际分布情况分析,基于数值模拟和生产经验提出煤层预抽采、高抽巷抽采、高位钻孔以及采空区埋管等综合瓦斯治理方式,并在实际生产当中应用验证瓦斯综合治理技术效果。