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。

基于三线性应变软化模型的综采工作面煤壁片帮深度解析预测

为预测综采工作面煤壁片帮深度,以煤壁为研究对象,煤壁煤体视作三线性应变软化材料;将直接顶和基本顶视作宏观顶板,建立了宏观顶板与煤层、支架相互作用的承载力学模型,结合边界条件推导了综采工作面煤壁片帮深度解析计算公式,利用该公式研究上湾煤矿12401工作面煤壁片帮情况,分析影响煤壁片帮的因素及影响规律,结果表明:①推导获得的煤壁片帮深度计算公式能够较准确计算综采工作面煤壁片帮深度,能够定量分析顶板特性和支架参数等对煤壁片帮深度的影响。②增加支架初撑力能够降低煤壁片帮深度;增加支架刚度能够降低煤壁片帮深度,但效果较差;增加支架护帮板支护强度,煤壁片帮深度近似线性减小。③顶板厚度和抗拉强度增加,煤壁片帮深度增长,但增长速率随顶板厚度和抗拉强度增加逐渐趋缓。这主要由于顶板厚度和抗拉强度增加,顶板破断步距增大,向采空区内旋转下沉角度增大所致。④综采采高对煤壁片帮深度有很大影响,综采采高增大,煤壁片帮深度近似线性增长。⑤煤体单轴抗压强度增大,煤壁片帮深度减小,顶底板与煤层界面之间的摩擦因数增大,煤壁片帮深度减小。⑥顶板动载系数增大,煤壁片帮深度近似线性增大。

煤矿综采工作面作业人员定位与液压支架的协同控制方法研究

为进一步提高煤矿综采面作业安全性,以智能化工作为切入点,提出了一套煤矿综采面作业人员定位与液压支架系统控制系统;通过设计人员精准定位系统、划分采煤工作面控制区、设计系统对接等方面,最终构建出智能化、自动化的煤矿综采面工作系统。协同控制系统在大柳塔煤矿的模拟应用表明:系统安全性强、稳定性高,可有效保障煤矿综采面作业人员的生命安全。

基于有限元和理论力学的支架顶梁开裂机理研究

针对ZY10500-11-22D支架在实际工程应用中顶梁部分出现的问题,对该支架进行理论力学计算。损坏位置为加强板与主肋交界处。通过力学计算与数值模拟得出,顶梁在该处的损坏与受弯无关,为受扭导致。通过把相邻主肋增高15 mm,将支架的使用寿命从15 000次提升至30 000次,为支架在极端情况下受损机理分析及结构优化提供理论支撑。

推移偏差补偿下的煤层倾斜综采面液压支架控制方法设计

倾斜综采面液压支架控制参数由二自由度的液压支架运动学模型求解得到,容易受到液压支架支护效率和摩擦系数、掩护梁外载荷、作用位置、立柱千斤顶倾角、水平千斤顶倾角等因素影响,同时,不可直接测量的内部状态变量影响力扩大,产生推移偏差,控制效果和效率不佳。提出推移偏差补偿下的煤层倾斜综采面液压支架控制方法。通过建立液压支架底座笛卡尔坐标系并分析液压支架的初始状态变量和位姿偏移情况,可以确定控制参考线的位置。通过状态方程和观测方程来描述液压支架在控制参考线上的位姿状态,分析液压支架的最优推移距离,计算轨迹预测的推移距离补偿量。利用最大熵卡尔曼滤波方法,根据增益矩阵和推移距离误差协方差矩阵,通过推移距离补偿量补偿控制误差,从而实现高精度控制。实验结果表明,支架位姿控制信号与实际位姿控制信号的波动程度相似度较高,稳定性较好,液压支架控制时间在89.5~95.1 ms之间,保证经过补偿后的液压支架控制精度更高,控制响应快,效率高,适合于实际应用。

综放工作面架间溜煤板装置的研制与应用

铺龙湾煤业回采方法为放顶煤开采,在工作面正常生产期间,移架后产生大量架间浮煤,主要是由支架架间间隙掉落下煤块形成的浮煤。针对此问题,研制出一种能将支架架间间隙掉落下的煤通过U型溜煤板进行收集、最后溜入刮板输送机的装置。实际生产应用表明,95%的架间煤通过该装置落入了刮板输送机内,且不影响机组的割煤,大大减轻了工人的劳动轻度,提高了劳动效率。

特厚煤层综放面超前支护液压支架设计及应用

为了降低特厚煤层综放工作面巷道超前段单体柱支护风险,简化支护工艺,提高作业效率,基于不连沟煤矿特厚煤层地质赋存与综放开采工艺特点,开展了特厚综放工作面巷道超前支护液压支架选型设计,并进行了现场工业性试验。现场试验结果表明,应用ZQL2×6500/27/50D型端头超前液压支架过程中,巷道超前段顶板最大下沉量为127 mm,两帮最大移近量为466 mm,工作面液压支架最大工作阻力为46 MPa,巷道超前段顶板和两帮变形得到了有效控制。现场试验取得了较好的效果,可为特厚煤层综放工作面超前液压支架支护技术提供参考。

综采工作面液压支架状态感知与分析技术研究

综采工作面智能化是煤矿智能化的关键环节,液压支架状态感知与分析是综采工作面智能化的前提和智能控制的基础。液压支架压力和位姿是液压支架能够直接监测的关键状态数据,二者进行融合分析是液压支架智能控制和智能执行的依据。以液压支架压力和位姿为研究对象,介绍了智能化综采工作面状态感知架构。从液压支架受力和上覆岩层矿压2个角度总结了液压支架压力感知与分析技术现状,指出目前基于大数据的矿压分析尚未应用、工作面矿压与巷道压力数据未实现同步测量、未实现整个采场的全面数据分析、对超前液压支架的关注度不够。阐述了液压支架位姿感知原理和方法,总结了现有液压支架位姿分析方法。分析了液压支架压力-位姿融合分析的必要性,总结了现有的液压支架压力-位姿融合分析方法。展望了综采工作面液压支架状态感知与分析技术的发展趋势,即深入研究大数据技术、多维数据融合感知与分析技术、数字孪生技术在液压支架状态感知与分析中的应用,以实现液压支架状态数据精细化分析、智能控制与决策。

基于机电液联合的液压支架智能供液系统压力波动特性研究

针对煤矿综采工作面液压支架传统供液方式存在液压冲击大、支架位移不准确、跟机速度可调性较差等问题,本文设计了一套可自动卸压的智能供液系统,以实现对液压支架压力的自动调节,同时,设计了智能供液系统原理图,并采用SimulationX搭建了仿真模型,模拟真实工况下智能供液系统的压力和流量波动特性的规律。结果表明,采用智能供液系统能够有效减小液压支架的压力脉动,提高综采工作面液压支架的供液质量,并且不同的供液流量下压力变化趋势相同,验证了方案设计的合理性。

薄煤层综采工作面智能化控制技术应用

针对寺河二号井薄煤层工作面开采效率低下、设备故障率高等诸多问题,在充分调研薄煤层赋存条件与现有采煤装备基础上,进行薄煤层综采工作面智能化开采关键技术研发,实现采煤机记忆截割、液压支架红外定位、液压支架多方位信号采集与多网融合功能。

综采工作面液压支架数字式卸荷阀的设计与研究

针对当前煤矿综采工作面液压支架在使用过程中存在压力波动大、流量冲击明显、无法实现液压支架执行机构的精确定位等问题,本文研究了煤矿综采工作面液压支架智能卸荷装置,设计了一种数字式卸荷阀。与传统的卸荷阀相比,数字式卸荷阀可以实现对液压支架压力和流量的自动调定,介绍其调压原理,使用机电液联合仿真平台对数字式卸荷阀的动态特性进行数值模拟。结果表明,数字式卸荷阀能够缓冲阀门在启闭过程中的压力冲击和流量脉动,有利于保证液压支架的平稳移架。

冲击倾向性综放工作面三机配套研究

针对冲击倾向性综放工作面三机配套问题,采用理论分析计算和现场实测的研究方法,对小庄煤矿冲击倾向性40309综放工作面三机配套问题展开研究。研究结果表明:动静载叠加超过临界载荷是冲击矿压产生的主要原因,根据防冲和三机能力适配原则,确定了三机选型。

综采工作面开采方案与回采工艺的选择

为解决综采工作面煤层开采时所面临的矿压现象剧烈、顶板管理困难、单产率低等问题,以实践生产为例,在对其地质、煤层以及顶底板条件分析的基础上,对开采方案进行优选;同时,参照103#和105#工作面开采经验对102#综采工作面煤层的回采工艺进行设计;最后,从社会和经济效益两方面验证了开采方案和回采工艺的应用效果。

机械水力钻扩孔设备在单一煤层回采工作面的应用

以新景矿15号煤层8115工作面为研究对象,介绍一种新型机械水力钻扩孔工艺设计,具体性工艺设计主要包括关键技术设备和工艺设计及流程两方面内容。为有效检验新型机械水力钻扩孔工艺设计的应用成效,将其应用于新景矿生产中,从技术指标、技术先进性和创新性、技术经济效益等角度对新工艺设计的应用价值进行分析说明,最终表明新工艺设计具有较好的应用效果。

上端头支架在智能化综采工作面的应用

由于回采循环推进快,以往王坡煤矿综采工作面回风顺槽上端头采用(单体柱+π梁)密集支护工艺,该工艺移柱频繁,职工劳动强度大,端头放顶效果差,单体柱“死柱”状况多,悬顶距离、面积经常超过作业规程要求。综采工作面上端头密集支护(单体柱+π梁)的支护工艺已成为综采工作面现场管理和区队迎检工作的“痛点”,也成了各类执法检查人员的“眼中盯”。3308工作面上端头采用自制的上端头大架替代了密集单体柱支护工艺,将ZQLY4000/20/38支架一组(2架)与回风顺槽超前支架底座连接,实现交替迈步式移动,可减少回风顺槽机尾的3名从事密集支护工艺的作业人员,成为“机动人员”。

煤矿综采工作面液压支架直线度监测方法的研究

针对煤矿井下综采工作面液压支架直线度较差、调整困难且容易引起设备故障等问题,本文提出了一种双闭环控制的直线度检测方法。该方法采用激光传感器和位移传感器相结合的方式采集液压支架的直线度,当液压支架出现偏斜时,通过模糊PID控制算法感知基准支架和周围支架的相对位置,并自动校正当前运动支架。仿真结果表明,应用模糊PID控制算法后,各推移油缸的直线误差不超过15.6 mm,验证了方案设计的合理性,大大提高了煤矿综采工作面液压支架的支护作业安全性。

基于DSP和RS485总线的液压支架电液控制通信系统的设计

针对煤矿井下综采工作面环境恶劣、液压支架数量多以及现有国产液压支架电液控制系统通信可靠性低、实时性差等问题,提出了一种基于DSP和多条RS485总线的液压支架电液控制通信系统设计方案,分析了系统的工作原理,给出了系统结构框图,设计了系统的硬件电路,并阐述了基于DSP的多条RS485总线通信的实现过程。

液压支架电液控制系统跟机自动化技术研究

探讨了液压支架电液控制系统跟机自动化的实现条件和方法,对其过程进行了简化建模,定义了8个跟机自动化定位参数和6个流程的跟机自动化过程表,结合实际应用给出液压支架电液控制系统中全截深双向割煤工艺实现案例,并在实验室模拟平台上搭建一个基于双RS485总线的支架电液控制系统,通过编程实现跟机自动化演示,该结果可为液压支架电液控制系统跟机自动化的普及化提供理论参考。

综采工作面液压支架集中控制系统设计

针对现有液压支架电液控制系统存在自动化程度低等问题,设计了一种综采工作面液压支架集中控制系统,详细介绍了该系统的硬件组成和软件设计,阐述了液压支架集中控制的实现过程。试验结果表明,该系统可实现液压支架的集中控制,通信稳定,实时性高,能满足煤矿生产实际需求。

煤与瓦斯突出煤层综掘工作面瓦斯防治技术

为解决寺家庄矿15号煤层综掘工作面突出危险性严重和掘进过程中瓦斯涌出量大的问题,提出了包括水力压裂、交叉钻孔、钻墙边掘边抽和水力挤出在内的瓦斯突出防治"四合一"技术,并进行现场试验。结果表明:综掘工作面瓦斯突出防治"四合一"技术的应用使煤层透气性提高了2～10倍,区域预抽瓦斯纯量提高55%,掘进期间风排瓦斯量下降幅度达17%,回风流瓦斯最大体积分数不超过0.65%,突出防治措施效检指标无超标现象,实现了综掘工作面安全快速掘进。