8 m大采高综采工作面智能控制系统关键技术研究

针对8 m大采高工作面围岩稳定性下降、装备功率和尺寸大幅增加,将对控制的实时性、准确性和适应性提出更高要求的现状,开展超大采高工作面智能化控制技术研究。基于布置在液压支架上的压力及倾角传感器,构建液压支架支护状态在线监测系统;在采煤机记忆截割和高精度位置控制的基础上,依据修正后的采割曲线实现自动割煤;提出刮板输送机多电动机功率协同的智能驱动策略;采用三进三回环形供液及高压自动补偿技术,实现动力系统最小压力波动、最大瞬间供液的智能控制。上述技术在兖矿集团有限公司金鸡滩煤矿进行应用,结果表明:煤壁片帮、支架初撑力不足、刮板输送机压死等问题明显减少,三级护帮动作时间减少1/2,大幅提升了设备的运行质量和效率,可有效满足超大采高工作面的控制需求。

7m大采高综采工作面开采关键技术研究

随着厚煤层综采技术与装备水平不断提高,大采高一次采全厚综采技术将成为厚煤层安全高效开采的重要途径。以神东矿区7m左右厚度煤层为研究背景,神东煤炭集团通过产学研联合攻关,成功研制了7m大采高综采液压支架、采煤机和三机等一系列配套设备;在7m大采高开采的过程中,不断创新总结并形成了7m大采高综采工作面开采成套关键技术,安全高效回采17个大采高工作面,生产原煤1.5亿t,提高了7m厚煤层的开采效率和回收率。

8 m大采高综采工作面成套装备研发及应用

针对8 m大采高工作面围岩控制、液压支架可靠性保证、超大煤量自适应连续运行、工作面配套存在的问题进行研究,建立液压支架与围岩的耦合力学模型,采用"双因素控制法"确定超大采高液压支架合理工作阻力,设计伸缩梁与护帮板分离的三级协动护帮装置、大缸径抗冲击双伸缩立柱,有效控制片帮及顶板压力;采用高强度结构钢及智能焊接新工艺提高8.2 m大采高液压支架可靠性;基于无极软启动、超大规格链条及传动系统和电直驱齿辊式连续破碎装置,研制超大煤量自适应刮板输送机;综合对采煤机行走传动、带式输送机可折叠机身、超前液压支护等多个方面进行研究,研发了首套8 m大采高综采成套装备,并在兖矿集团金鸡滩煤矿108工作面进行工业性试验。试验表明:成套装备能有效地控制顶板和煤壁,具备良好的稳定性及可靠性,煤流运输顺畅,无大块煤堵塞,试验期间工作面最高日产5.7万t,月产达到150万t以上。

7m大采高综采智能化工作面成套装备研制

为实现晋陕蒙地区7 m左右厚煤层的安全高效自动化生产,研制7 m大采高综采智能化成套装备。针对采高增加而带来的围岩控制、巷道与工作面过渡、工作面设备协调控制以及运输系统可靠性等难题,采用液压支架智能耦合控制、大梯度过渡、工作面直度调控、煤流平衡控制、设备参数在线监测等新技术,研制出7 m大采高液压支架,通过80 000次的循环加载寿命试验;工作面大功率运输设备运量达到4 500 t/h;工作面智能控制系统实现了350 m长工作面综采成套装备的精确控制和协调联动。成套装备在陕煤集团红柳林矿进行工业性试验,工作面作业人员由14人减少至5人,最高月产达111万t,工作面年生产能力达1 200万t。

7m大采高采煤机易维护全直齿摇臂设计研究

为解决进口摇臂故障多且不易维护的问题,通过数值模拟和现场实践的方法,提出适用于7m大采高的国产易维护全直齿摇臂设计方案,采用了全直齿传动、铸焊结合型壳体、时分性强制润滑和组合多路冷却等关键技术,实现了易维护全直齿摇臂五级全直齿传动,提高了减速机构的稳定性。易维护全直齿摇臂在大柳塔煤矿7 m大采高综采工作面应用7个月,故障率较进口摇臂降低了约20%,维护时间缩短了约30%,大幅降低了设备故障率及工人的劳动强度,提高了采煤效率和效益。

8.5 m大采高综采工作面煤壁片帮特征研究

为解决8.5 m大采高综采工作面煤壁片帮严重的问题,以上湾煤矿12401首采工作面为研究对象,采用理论分析、经验回归分析、数值模拟手段,对煤壁片帮的主要影响因素与煤壁片帮特征进行研究,提出了基于D-P准则引入洛德参数修正塑性区宽度计算公式,并以采高、塑性区宽度和现场实测场数据为基础,由经验回归分析法综合预测出煤壁片帮深度。结果表明:神东矿区综采工作面煤壁片帮主要影响因素为支承压力、采高、周期来压和埋深,综合确定上湾煤矿12401综采工作面煤体塑性区宽度为9.87 m,煤壁主要发生剪切破坏、易失稳位置距顶板2.98~3.57 m,片帮深度约2.85~3.45 m,综合分析法得到的片帮深度是可靠的,可为支架护帮板设计提供依据,并相应采取合理的防片帮措施。

5.0m大采高综采集约高效技术集成研究

自试验成功5.0m大采高综采后,为提高其整体技术水平,展开了其保障技术集成研究。即优化开采设计参数,深化矿井运输环节技术改造,开展大采高综采装备升级改造研究和相配套工程技术集成研究等,以充分发挥大采高综采整体效能,并拓展大采高综采在特殊条件下的应用范围。实验成功表明,通过技术创新和新设备、新工艺应用研究等,大幅度提高了综采工作面单产水平和工效,产量达到282万t/a,原煤生产全员工效达到15.6t/工,大采高综采集约高效技术水平得到大幅度提升,各项经济技术指标得到了很大提高。

浅埋深7m大采高综采工作面顶板灾害防治技术研究

大柳塔煤矿5-2煤层平均煤厚约7m,埋深约170~200m,采用一次采全高综合机械化回采工艺。针对回采过程中7m大采高工作面矿压显现强烈,多次发生冒顶和压架事故的情况,为了解决其顶板控制难题,大柳塔煤矿经过不断探索总结,从技术措施、设备管理、现场管理等方面,提出了工作面初采阶段、正常回采阶段和末采贯通阶段相应的顶板控制技术,取得了很好的顶板控制效果,有效保障了顶板安全。

大柳塔煤矿52煤7m大采高综采工作面支架工作阻力分析

为了提高液压支架选型的合理性,实现7m大采高工作面的安全高效生产,本文通过对大柳塔煤矿7m大采高52303工作面、52304工作面初采、正常回采、末采期间的的矿压进行实测,得出大采高工作面周期来压较明显,来压时煤壁片帮严重、顶板下沉明显,易冒顶,来压期间支架工作阻力沿工作面倾向呈"几"字型分布的矿压规律。并分析了支架的受力特点,通过经验及理论公式对工作阻力进行了分析,并结合覆岩运动规律及形成的结构,给出了支架工作阻力确定公式及合理的工作阻力,即16800kN液压支架处于高位运行状态、18000kN液压支架工作阻力相对不足,目前大柳塔煤矿52煤使用的支架不能满足安全生产的需求,合理的工作阻力应为18550k^21586kN。

8 m大采高综采工作面关键回采技术研究

为解决8 m厚煤层安全高效开采的问题,以补连塔煤矿首个8 m大采高为研究对象,通过联合技术攻关,形成了一批具有神东自主知识产权的关键技术。重型设备配套总功率达到13 009.4k W,装备技术水平得到进一步提升;在围岩控制方面,形成了大断面巷道支护技术、高压水致裂初次放顶技术、超强大阻力支架支护技术,总结出了超大采高矿压规律;在回采方面,形成了双支架垂直过渡工艺,提高了资源回采率;在信息化技术方面,形成了设备动态监测、数据采集等多种技术。通过一系列关键技术的应用,实现日产4.48万t,具备年产达1 550万t以上的生产能力,回采率达98.12%,为类似条件下8 m厚煤层开采提供技术指导和借鉴。

7.0m大采高工作面覆岩破断及矿压显现规律研究

为解决神东矿区7.0 m大采高综采工作面的安全高效开采问题,采用现场实测、理论分析和物理模拟的手段,对19个特大采高工作面的矿压规律和关键技术进行研究。研究结果表明:特大采高工作面矿压显现较普通采高工作面更加强烈;由于特大采高工作面采高明显增大,覆岩第一亚关键层易进入垮落带,难以形成"砌体梁"结构,而呈"悬臂梁"结构周期性破断,形成工作面的周期来压,其持续长度与支架控顶距接近,较关键层"砌体梁"结构来压持续长度明显偏大;并且随着埋深的增大,高位关键层的破断对特大采高工作面矿压显现的影响也逐渐加大,多关键层的同步破断显然会传递更大的覆岩载荷,进而加剧了工作面矿压显现。针对特大采高工作面的矿压显现特征与特殊的覆岩破断规律,建立了支架合理工作阻力的确定方法,研发了特大采高工作面开采设备,开发了大断面巷道支护技术、强制放顶技术和末采快速贯通技术,实现了特大采高工作面的安全高效开采。

7m大采高综采工作面导水断裂带发育规律研究

为研究西部浅埋煤层大采高综采条件下导水断裂带的发育规律,以大柳塔煤矿5-2煤层7m大采高综采工作面为研究对象,采用数值模拟、理论计算分析、钻孔冲洗液漏失量分析和数字全景钻孔成像观测等方法。结果表明：导水断裂带发育高度与覆岩赋存结构类型、工作面长度以及主关键层位置距煤层高度等因素有关,工作面尺寸的变化对覆岩导水断裂带影响较大,同样7 m大采高条件下,工作面长度为147.5 m时,导水断裂带发育高度为68.76 m,为采高的9.82倍;工作面长度为301m时,导水断裂带发育高度远超出理论值,断裂带高度为137.32 m,为采高的19.62倍。5-2煤层采后实测导水断裂带发育高度为68.76-137.32 m,裂采比为10.1-20.2。

7m大采高综采工作面末采期间顶板控制技术

为了预防7 m大采高综采工作面末采期间发生压架、冒顶事发生故,基于大柳塔煤矿首个7m大采高工作面末采贯通的经验及顶板控制技术,对第2个7 m大采高工作面末采贯通期间顶板控制技术进行研究,分析可知工作面顶板悬顶距过长、挂网位置不合理、挂网时间过长、支架支护性能差是导致工作面末采期间顶板管理难度大的主要原因,通过采取加强矿压观测、预注马丽散加固煤体、确定合理挂网位置、提高支架支护性能、缩短挂网时间等预防措施,可以有效解决7 m大采高综采工作面末采期间顶板管理难度大、易发生压架及冒顶的难题,确保大采高工作面安全顺利贯通。

7m大采高综采工作面末采期间挂柔性网工艺优化

针对综采工作面末采期间传统的挂金属网工艺存在的效率低、安全性差、作业程度复杂、劳动强度大等问题,大柳塔煤矿试验并推行了柔性网,网片为一张整体网片,采用柔性网作业人员减少,效率不断提高。如何保证7 m大采高综采工作面柔性网的挂网安全和效率成为难点,为此大柳塔煤矿提出将挂网流程进行固化,严格按照流程进行挂网作业,从而保证7 m大采高综采工作面的效率和安全,经过不断总结,挂网流程基本成熟,形成了较固定和成熟的挂网工艺。

WC80EJ支架搬运车在神东7m大采高工作面快速安装中的应用

介绍了煤炭科学研究总院太原研究院最新研制的煤矿井下辅助运输设备—WC80EJ型支架搬运车,以及该设备在神华神东矿区7 m大采高工作面液压支架快速入井运输和安装中的应用情况。

深井“三软”突出煤层6.5m大采高综采技术

以淮南矿业集团谢桥矿1161(3)工作面大采高综采为例,该面埋深大、煤层软、顶板软、底板软,煤层具有突出危险性的特点,选用6.5 m大采高液压支架进行一次采全高,通过采取"一面四巷"区域预抽瓦斯、高强锚索网支护工作面两巷、中空注浆锚索加固小煤柱、创新过断层技术、采层和采高控制、设备精细化管理、强化支架防倒和防片帮掉顶管理等措施,为淮南矿区深井"三软"突出煤层安全高效开采探索出一条新路。

补连塔矿7 m大采高综采面顺槽底鼓防治实践

针对补连塔煤矿22煤三盘区7 m大采高工作面巷道底鼓严重的问题,分别从开采深度、底板岩性、采动影响等方面详细分析了底鼓影响因素,并根据分析结果分别采取混凝土反底拱、铺设混凝土预制块、加大顺槽煤柱宽度、巷道加强支护等多种防治技术进行现场试验。通过试验效果对比发现,采取"铺设混凝土预制块+顶帮加强支护+超前段密集单体支护"的综合防治技术可以有效控制巷道底鼓。

7m大采高综采工作面回撤技术浅析

介绍了补连塔煤矿22303综采工作面,从回撤通道支护、矿务工程管理至综采面安全、快速回撤的技术经验,对神东矿区今后7m大采高综采面安全、快速回撤具有较高的参考价值。

7m大采高综采工作面初采强制放顶技术研究

为了保证综采工作面初采期间的顶板安全,防止顶板大面积突然垮落产生飓风造成人员伤害,运用深孔爆破进行强制放顶。针对7 m大采高综采面在巷道尺寸和设备参数的特点,对炮眼设计、装药工艺和强放流程进行了详细探讨。

6.2m大采高综采工作面长度合理性分析

羊场湾煤矿6.2 m大采高工作面处于目前国内外大采高开采领域最复杂的赋存条件下。根据羊场湾煤矿6.2 m大采高综采工作面的进展现状,在综合考虑了设备因素、经济因素、产量因素的基础上,通过建立长度优化力学模型,同时运用非线性规划法和工程类比法,初步对大采高工作面面长进行了合理性论证和分析。