切眼外错下孤岛工作面开采冲击危险性分析及防治措施

受矿井地质条件、开采布局及采掘接续不合理等影响,工作面布置时会留设孤岛工作面,严重影响矿井安全开采。为解决切眼外错下孤岛工作面开采冲击危险的难题,以高庄煤矿3_(上)1105孤岛工作面为例,采用理论分析、数值模拟、数据统计与分析相结合的研究方法,分析了孤岛工作面开采时覆岩结构特征、切眼外错区域应力分布规律以及巷道围岩稳定性。结果表明:切眼外错下3_(上)1105工作面开采期间超前支承应力峰值达到54.1 MPa,基于巷道围岩受力状态及变形量确定了冲击危险区域主要分布在3_(上)1107工作面切眼前后0~30 m范围。针对切眼外错区域采取了大直径钻孔卸压,通过现场监测及检验,微震、钻屑均未超过预警临界值,卸压解危效果良好。

厚煤层大采高智能化综采工作面关键技术研究与应用

针对付村煤矿井下综采装备落后、开采成本高的问题,综合考虑生产安全、经济效益、资源回收等多方面因素,提出了在付村煤矿建立厚煤层大采高智能化工作面的构想。根据付村煤矿3上煤层赋存条件,基于智能化工作面设备集成控制平台,结合大采高液压支架智能化电控系统、大采高采煤机智能化控制系统及移动互联网云存储系统,重点突破了工作面主要设备姿态监测、大采高工作面智能化开采工艺、远程控制与集中监控等技术,实现了采煤机自主定位、记忆截割、液压支架自动跟机移架、全工作面一键顺序启停、故障自动顺序停机、三机协同控制,优化升级了矿井信息化系统,建立了智能化综采工作面互联网云平台。结果表明:自2017年11月在付村煤矿3上1008工作面进行工程应用以来,工作面生产班工作人员从12人减少为5人巡视检查,减员率达50%以上,日采煤达6000 t,技术应用效果显著,建立了枣矿集团6 m厚煤层智能化开采的生产模式,为厚煤层大采高智能化生产系统的发展提供示范与实践基础。

长城六矿中硬顶板倾斜工作面切顶留巷关键参数研究

针对长城六矿1301S工作面沿空巷道围岩破坏失稳控制难题,首先,采用UDEC数值模拟方法揭示了1301S工作面侧向覆岩破断运动规律,发现侧向覆岩破断位置均位于巷道上方,且直接顶悬臂结构长度约为1.8m;其次,通过构建侧向覆岩结构力学模型,获得了切顶前后实体煤和矸石支撑体支承应力解析表达式,根据表达式进行算例分析得到切顶前后实体煤支承应力保持不变,均为1.27MPa,靠近巷道左侧矸石支撑体支承应力降低了56.89%;再次,通过理论计算确定了巷旁切顶参数,即切顶高度11m、切顶角度20°、切缝孔间距500mm;最后,设计了1301S工作面运输顺槽切顶留巷技术方案并开展了工业性试验。研究结果表明:切顶后巷道顶底板移近量和两帮移近量分别为1240mm和265mm,与未切顶相比分别降低了12.68%和70.22%,围岩整体稳定性较好。该研究可为相同或相似条件下切顶留巷技术应用及关键参数设计提供参考和借鉴。

永智煤矿综采工作面智能化技术研究与应用

智能化无人开采是煤矿发展的趋势。文章以永智煤矿5101工作面为背景,对综采工作面智能化建设展开了分析探讨。通过采煤机智能控制系统、电液智能控制系统、集控系统、集成供液控制系统、工作面自动找直系统等实现了采煤机记忆割煤、液压支架跟机运行、自动补液、设备监控与故障监测,使工作面初步达到了智能化水平。

同忻矿山小煤柱工作面矿压综合治理技术试验研究

同忻矿8210小煤柱巷道虽处于采空区侧向应力降低区内,围岩应力环境较好,但同时也伴随着巷道围岩整体松软破碎,小煤柱整体完整性较差,承压能力弱,不利于巷道维护,也为矿山工作面安全管控带来一定隐患。因此,同忻矿山决定开展小煤柱工作面矿压综合治理研究,采用初采切眼爆破放顶、尾巷爆破切顶卸压及头巷水力致裂工艺降低矿压影响,提升初采期间顶煤回收率,控制巷道变形。试验结果表明,初采切顶爆破效果良好,初次来压步距及来压强度得到有效缩短弱化,初采可放煤距离大大缩短。尾巷切顶卸压成功爆破400个孔,围岩控制率提高了37%。头巷超长孔定向水力压裂效果良好,裂隙发育充分,达到预期效果。

采煤机数字孪生导航截割运动规划理论与方法

为进一步提高采煤工作面的智能化水平,实现采煤机导航截割的自主推演、自主学习和自主优化,基于采煤机自主导航截割技术和数字孪生智采工作面的概念,提出了采煤机数字孪生导航截割运动规划的理论与方法,包括数字孪生理论及基于该理论的采煤机数字孪生导航截割运动规划系统的构建方法。围绕数字孪生理论,探索了智采工作面的物理场景、数字孪生模型的构建及数字孪生驱动、交互和演化机制。为满足不同应用需求,将数字孪生模型分为物理实体、孪生模型和孪生数据模型,详细分析了这3类模型的特点。介绍了由模型驱动、数据驱动和服务驱动组成的3种运行机制,这3种机制通过虚实交互逻辑实现了从感知智能到认知智能的转变。构建了采煤机数字孪生导航截割运动规划系统,该系统通过物理感知层、综合数据层、数据融合分析层及数字孪生服务层,支撑采煤机截割状态数字孪生、动态导航地图数字孪生、数字孪生强化学习环境和强化学习运动规划的服务功能;通过数字化手段将现实中的采煤机导航截割过程复制到数字孪生操作环境中,通过系统内各模块的调用实现数据的自适应融合、智能分析和最优规划。最后,在构建的数字孪生环境中比较深度Q网络−归一化优势函数(DQN−NAF)算法与深度确定性策略梯度(DDPG)算法在采煤机运动规划任务中的效果,结果表明DQN−NAF算法在解决采煤机数字孪生运动规划任务时展现出更优的效果和稳定性。

智能工作面采煤机与液压支架协同控制研究

为进一步提升智能工作面开采设备协同控制效果,在对采煤机与液压支架控制过程分析的基础上,对生产工序进行细化并重新匹配,达到提高协同控制效果的目的。同时给出协同控制工序控制逻辑,提高协同控制效果。将协同控制技术在30209工作面进行工程应用,结果表明,协同控制技术较人工干预控制耗时减少27 min,有助于提升煤炭生产效率及设备智能化控制程度。

突出煤层回采面CO_(2)致裂二次增透后高效回采技术研究

天池煤矿15号煤层瓦斯含量高,难抽采,在回采割煤时,存在瓦斯超限隐患,且一个割煤循环需要6h以上,严重制约了工作面的回采速度。为提高开采效率,利用CO_(2)致裂煤岩的技术方法,提出了突出煤层回采面CO_(2)致裂二次增透高效回采技术。通过试验发现:CO_(2)致裂后,瓦斯涌出量平均减少了16.7%,并能实现密集钻孔条件下的瓦斯高效抽采,提高回采速度。割煤速度从致裂前2.11~2.91刀/d提高到3.38~4.59刀/d,平均提高了1.63倍。

坚硬顶板厚煤层工作面停采线预留回撤通道切顶护巷技术

针对义棠煤矿开拓巷道受工作面采动影响变形大、维修工程量大、工作面停采线煤柱留设宽、煤炭资源浪费大的情况,在矿井100505工作面试验了停采线预留回撤通道切顶护巷技术。在停采线预先留设回撤通道,运用恒阻大变形锚索围岩控制技术及定向预裂切缝爆破技术,来控制回撤通道围岩的稳定性,切断回采动压力向附近大巷的传递。通过项目的实施,回撤通道稳定,满足了工作面回收的要求;停采线附近大巷变形量降低,不需要维修工程;停采线煤柱宽度明显缩小,有效地提高了煤炭资源采出量。该技术经济效益可观,值得推广应用。

18405工作面巷旁充填沿空留巷技术分析

屯兰矿拟定在18405工作面运输顺槽应用高水材料巷旁充填沿空留巷技术。通过理论分析、数值模拟、工程经验等手段对巷旁充填、补强支护、切顶卸压等工艺技术进行分析与探讨。经理论计算,得到所需的充填体宽度值为1.96 m,拟定了运输顺槽沿空留巷各项补强支护参数以及坚硬顶板切顶卸压的各项参数,现场应用取得了良好效果,提高了资源回收率。

厚煤层工作面切眼支护设计与应用分析

以古城矿N1306工作面切眼为工程背景进行支护系统研究分析;基于围岩自稳平衡拱理论和悬吊理论分别确定切眼巷道顶板和两帮破坏深度分别为2.28 m和2.39 m,计算确定锚杆和锚索有效支护长度分别2.4 m和10.3 m,并确定支护系统的有效性。得到数值模拟得到,在两帮位置应力较为集中,应力集中系数1.92,底板变形较大,最大变形量为140 mm。设计的支护系统通过工业性试验确定切眼巷道围岩变形快速增长周期为60天,其中两帮变形量和顶板下沉量最大值分别为162 mm和200 mm,说明支护系统能有效控制切眼巷道围岩变形要求。

车村煤矿一号井综采工作面沿空留巷技术实践

为了提高煤炭回采率,实现煤炭完全、绿色开采,车村煤矿一号井综采工作面借鉴临近煤矿的成功经验,进行了预裂切顶沿空留巷技术实践。运用放炮预裂,控制炮眼位置、角度及装药量,增加单体液压支柱临时支护,切断“砌体梁”“传力岩梁”的应力传递,改变老顶位态,优化围岩应力分布。将3101综采工作面运输顺槽留做3102综采工作面回风顺槽使用,取消上下工作面间预留煤柱,排除煤柱引发的煤层自然发火隐患,减少煤炭资源浪费,缓解工作面接续,从而实现综采工作面沿空留巷的安全高效开采。

基于煤壁稳定性控制的大采高工作面支架工作阻力确定

针对大采高工作面煤壁片帮严重影响生产的实际,提出了基于煤壁稳定性控制的支架工作阻力确定方法。以8101工作面为背景,构建了"煤壁-支架-顶板"的力学模型,分析煤壁压力与支架工作阻力的关系;设计了煤壁稳定性控制实验台并进行了三维相似模拟试验,分析了不同支护强度下煤壁破坏情况;数值模拟了不同支护强度下煤壁变形破坏特征。研究结果表明:顶板压力由煤壁和支架共同承担,提高支架工作阻力,煤壁所受压力就会减小,煤壁的稳定性就会增强,支架的工作阻力确定要以煤壁稳定性控制为前提;综合理论分析、相似模拟、数值模拟,得出该工作面支架工作阻力确定为15 000 k N,工程实践表明是可行的。

“两硬”条件大采高综采老顶初次垮落力学模型研究

针对“两硬”条件大采高综采老顶初次垮落的特点，建立全长工作面力学模型，提出沿工作面布置方向老顶形成“三”块相互铰接的薄板结构，解释全长工作面呈分段、分期、迁移来压的原因。运用弹性薄板理论，计算出不同约束边界条件下薄板内部的戍力分布，论证了工作面中部来压强度大于头、尾部。

采煤机截割粉尘扩散运移规律研究

针对综采面粉尘浓度分布的问题,采用了数值模拟的方法,对龙东煤矿7141综采工作面截割粉尘运动进行了分析,研究了截割粉尘在呼吸带(1.5m处)高度的扩散迁移基本规律以及浓度分布规律。结果表明,在工作面下风侧采煤机滚筒后方10m范围内为重要的防尘区域。模拟结果与现场实测趋势一致,偏差在合理范围内,为今后类似矿井粉尘防治工作提供可具借鉴的理论依据。

大采高综采工作面末采上网工艺研究

针对东滩煤矿143_上16工作面末采期间工作面压力显现明显、顶板管理困难等问题,提出了采取打注锚杆的方式固定上网钢丝绳,同时引进高强度聚酯纤维柔性网代替金属网进行整体敷设的末采上网技术,并从打注锚杆、穿钢丝绳、运柔性网、上柔性网、割煤工艺等方面论述了末采上网工艺。实践证明,该方法降低了工人的劳动强度,提高了上网速度和安全性,为大采高工作面末采创造了一条新的路径。

高瓦斯多煤层大采高工作面覆岩裂隙演化规律研究

高瓦斯多煤层矿井运用大采高技术以实现矿井高产高效,开采工艺不同导致工作面瓦斯涌出规律的变化。以沁水煤田15#煤层大采高工作面煤层赋存条件和覆岩分布特征为背景开展采动覆岩裂隙演化规律研究,运用UDEC数值模拟大采高工作面在不同推进距离时覆岩裂隙形态发育及位移量,并提出基于示踪原理的实测覆岩裂隙发育规律的验证方法。研究表明:大采高工作面推进至120m时,煤层上覆岩层裂隙极限发育高度为65m,大采高工作面上邻近层8#煤层处于采动卸压范围,示踪气体法现场测试数据验证了数值模拟的准确性。由于大采高工作面覆岩裂隙发育范围扩展至上邻近层8#煤层,所以工作面回采过程中应增加上邻近层瓦斯抽采工艺。

基于高精度三维动态地质模型的采煤机自适应智能截割技术研究

采煤机使用“记忆截割”技术割煤时,需要进行人工领刀,且对煤层赋存条件要求较高,当煤层起伏较大时需要频繁示教领刀。“记忆截割”技术仅针对下一刀煤层顶板截割路径进行优化,在采煤机推进方向无法根据煤层的赋存形态对采煤机俯仰采路线进行精确规划与控制。本文基于采煤机自适应智能截割理念,设计了综采工作面采煤机智能截割系统运行模式,利用煤层精细化物探数据构建工作面高精度三维地质模型,而后利用地质模型对采煤机的未来截割路径进行规划,并在开采过程中根据工作面揭露的最新地质资料动态修正高精度三维地质模型。将高精度三维动态地质模型与采煤机开采规划算法耦合,提出可自适应煤层变化的采煤机开采控制基线规划算法,实现对采煤机推进方向的俯仰采控制与牵引方向的截割控制,以及地质模型更新、开采基线规划与采煤机滚筒调整之间的高效协作。设计了智能截割系统内滚筒调整参量的计算服务接口,以及智能截割系统与采煤机控制系统间的通讯协议,实现了采煤机滚筒基于规划截割路径的精准控制。实践表明,采煤机智能截割系统适用于底板倾角各种变化程度的煤层,采煤机截割线更好地贴合煤层顶、底板线,节约资源,提高生产效率。

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。

基于精确大地坐标的煤矿透明化智能综采工作面自适应割煤关键技术研究及系统应用

目前煤矿智能综采工作面存在生产环境状态不透明、成套装备难以应对煤层起伏变化、信息化与智能化集成度不高等问题,其系统的适应性和实用性受到影响。具体而言,主要是缺乏基于地理信息系统的可视化数字孪生管控平台,无法实现基于统一大地坐标驱动的透明化工作面的自适应割煤。为突破相关技术难题,提出并研究了测量机器人大地坐标传导、透明化工作面系统建立和动态修正、5G通信、采煤机与地质模型的自适应耦合以及基于时态地理信息系统(TGIS)的“一张图”一体化管控平台等多项关键技术,完成了多维可视化软件系统的开发与硬件系统的高度集成,实现了:①采煤机、刮板输送机等固定或移动目标点达毫米或厘米级的精确定位;②三维地测模型、设备模型、开采环境与工业控制之间的基于逻辑关系的一体化集成和数字孪生系统的构建;③综采工作面采煤机、视频、惯导、测量机器人和地质雷达等信息的可靠、实时传输;④为地面调度指挥控制中心的远程决策和智能自适应控制提供了可视化管控环境。系统已经成功应用于临沂矿业集团菏泽煤电郭屯煤矿3301,2305两个工作面,初步实现了较为复杂地质条件下的智能化自适应开采和地面远程管控。