Reliability analysis of the velocity matching of coal cutting and caving in fully mechanized top-coal caving face

The matching relationship between coal cutting and caving in fully mechanized top-coal caving face is analyzed in detail from the angle of reliability. The coupling equation of reliability is established correspondingly, and the mathematical equation of the coefficient of velocity matching of coal cutting and caving is obtained, which meets a certain reliability demand for making the working procedure of coal caving not influence coal cutting of coal-cutter. The results show that the relationship between the coefficient of the velocity matching and the reliability of coal cutting and caving system is linear on the whole when R <0.9. It is pointed out that different numerical value should be selected for different coal face according to different demand for reliability.

两次采动影响下小煤柱巷道切顶卸压围岩控制技术

为解决多次采动影响下留小煤柱巷道矿压显现剧烈、围岩变形量大的问题,提出了“切顶卸压+顶、帮锚索补强”联合控制技术。以贾家沟煤矿10115运输巷为工程背景,分析了切顶卸压位置、高度与巷道围岩垂直应力分布的关系,给出切顶卸压关键参数,并研究了留小煤柱巷道在切顶卸压后受两次采动影响下的矿压显现规律。结果表明:切顶卸压后,煤柱上的应力峰值随切顶深度的增加呈指数降低;10115运输巷在邻近工作面一次采动过程中巷道围岩变形依次呈现出无变形、缓慢变形、快速变形和围岩稳定的变化规律,本工作面二次采动过程中巷道围岩变形依次呈现出明显变形和剧烈变形的规律;巷道围岩在受二次采动影响时变形更加剧烈,巷道变形量为一次采动时的3.0~7.5倍。

高瓦斯综放面开切眼架前膨胀预裂坚硬顶板切顶技术研究

针对高瓦斯坚硬顶板综放工作面初采期来压步距大及顶煤损失的问题,提出代替火药爆破的开切眼架前及两顺槽煤柱侧静态膨胀预裂切顶技术;采用数值模拟方法确定了静态膨胀预裂切顶的关键参数,设计了切顶方案及工艺,并通过现场工程应用验证了静态膨胀预裂切顶技术的有效性。结果表明:综放工作面初采前在开切眼架前及两顺槽煤柱侧实施静态膨胀预裂切顶,既保证了开切眼设备安装期间的安全性,又可在后续采动应力的作用下顶板及时破断,减小坚硬顶板初次来压步距和强度;当综放工作面初采推进至开切眼宽度时发生初次来压,人工减跨效果良好,不仅提前回收了工作面的顶煤资源,而且还消除了坚硬顶板大面积悬顶带来的诸多重大安全隐患,研究成果可在类似条件下代替炸药爆破进行推广应用。

综放工作面智能化升级改造与应用

智能化不仅是煤矿转型升级的新途径,也是新时代背景下煤炭开采技术革新的前进方向,更是煤炭工业高质量发展的必由之路。以山西中煤东坡煤矿915综放工作面为智能化升级改造对象,结合工作面开采技术条件和现场设备实际配置情况,按照智能化采煤工作面建设指南及验收管理办法的相关要求,在合理控制投资的前提下提出了具有针对性的中级智能化综放工作面改造目标、系统架构和升级方案,完成了对采煤、支护、供液、人员定位及视频监控等子系统的智能化升级。升级改造后实现了工作面采煤机记忆截割、支架一键放煤、自动跟机、实时视频监控、地面及井下远程可视化控制、各系统协同控制等功能,达到了“增安、减人、提效”的目的,对类似条件下智能化采煤工作面建设具有一定的参考意义。

高瓦斯综放工作面端头悬顶静态膨胀预裂技术

基于理论分析计算得到的回采巷道顶板岩层静态膨胀预裂的影响半径,设计了超前综放工作面回采巷道煤柱侧静态膨胀致裂端头悬顶的切顶方案及参数,并开展了数值模拟验证和现场工程应用。研究结果表明:沿煤柱侧打设一列预裂孔对回采巷道煤柱侧顶板进行静态膨胀预裂后,预裂孔间75%的岩桥均产生了张拉裂缝,煤柱侧、跨中及回采侧巷道顶板的下沉变形不再呈现常规的下凸形式,邻近工作面时回采巷道煤柱侧与跨中的顶煤下沉量基本相当且增加较明显;超前综放工作面回采巷道静态膨胀预裂切顶技术较好地解决了端头悬顶带来的诸多重大安全隐患,端头顶煤采出率由50%~70%提高到90%,促进了三元煤业高瓦斯综放工作面安全高效开采。

切眼外错布置对工作面见方垮落影响研究

坚硬顶板的失稳下沉是工作面矿压显现的主要来源。在切眼外错布置条件下工作面的回采阶段,对顶板见方垮落时顶板垮落步距提出不同的计算方式。可明确出在切眼外错布置的条件下,当顶板的初次破断步距远大于“见方”来压时的步距大小,所计算求得“见方”垮落步距远高于以往计算出的垮落步距,其步距大小与两工作面切眼垂直距离相近。通过现场所收集的微震事件数据和支架阻力来验证,找到顶板见方垮落发生的时期和明显的特征变化,通过比对后可发现在外错条件下,工作面来压等异常现象有向后推延的现象。运用FLAC3D有限差分值计算方法来分析不同采动条件下支承压力的不同情况,证实切眼外错布置条件下工作面顶板见方垮落具有一定的“延迟”作用,从而为矿井在工作面见方期间,为防治动力灾害现象提供有针对性的指导。

特厚煤层8.8 m超大采高综采面切眼放顶技术

上湾煤矿特厚煤层8.8 m超大采高12403综采面顶板不易自然垮落,在工作面初采阶段,易导致顶板初次垮落步距较大,在顶板大面积瞬间垮落时会产生强烈的强矿压和飓风现象,从而导致人员伤亡及设备损坏等。为了保证工作面初采阶段的安全生产工作,上湾煤矿通过引进井下定向长钻孔水力压裂工艺技术对切眼顶板进行预裂,同时配合切眼三角区强放技术,对特厚煤层8.8 m超大采高综采面切眼进行了初采放顶工作。实践表明:通过在上湾煤矿12403工作面进行煤层顶板定向长钻孔分段水力压裂工程施工,有效降低了顶板强度,缩小了初次放顶步距,为矿井安全高效回采提供技术保障,同时为大采高工作面初次放顶提供了治理经验。

煤矿综放综采工作面沿空留巷中切顶卸压技术应用研究

综放综采工作面沿空留巷中切顶卸压是煤矿深度开挖工程中的关键技术。以我国某煤矿首个综采放顶煤工作面为例,对该综放综采工作面的围岩结构进行分析,总结了该区域工作面煤层赋予特性,对该工作面煤层开展切顶卸压沿空留巷的技术应用情况进行阐述,通过与一般运输巷沿空留巷围岩控制技术进行对比,总结了该技术的应用效果优势。

二氧化碳气爆致裂综放工作面上隅角顶煤技术应用

为解决三元煤业综放工作面上隅角悬顶带来的安全隐患,通过理论计算得到了二氧化碳气爆致裂工作面上隅角顶煤的影响半径,设计了相关爆破孔布置方案及参数,开展了数值模拟验证和现场工程应用。研究与应用表明,沿煤柱侧打设一列气爆孔对回采巷道煤柱侧顶煤进行液态二氧化碳相变气爆致裂后,气爆孔间的顶煤均进入塑性屈服状态,煤柱侧、跨中及回采侧巷道顶板的下沉变形不再呈现常规的下凸形式,临近工作面时回采巷道煤柱侧与跨中的顶煤下沉量基本相当且增加较明显;超前综放工作面回采巷道顶煤气爆致裂切顶技术较好地解决了上隅角顶煤悬顶问题。

特厚煤层仰采综放工作面过断层应力分布与围岩控制

针对特厚煤层仰采综放工作面过断层时煤壁片帮及冒顶严重、围岩难以控制的问题,结合济宁二号煤矿10301工作面地质条件,采用理论分析的方法得出工作面过断层时要采取的合理措施,并通过数值模拟方法得出工作面过断层时的应力、塑性区演化规律。结果表明:仰采工作面过断层时超前15 m破底、下扎角为11°的方式推过F49断层最为合理;工作面推进至断层35 m时,超前支承应力峰值逐渐增大并向煤壁侧靠近,易造成煤壁片帮;与此同时,断层活化程度逐渐增强,基本顶超前垂直应力峰值增加,周期来压步距减小,顶板不易控制;当工作面推进至断层15 m时,工作面上方岩层塑性区开始逐渐导通断层,直至揭露断层时完全导通,研究结果提出了加强放煤控制、顶板管理措施,能确保10301工作面顺利通过断层。

特厚煤层综放工作面大断面切眼支护技术

为了解决塔山煤矿综放工作面跨度10 m切眼的支护难题,采用理论分析、数值计算方法确定了大跨度切眼的支护形式为高强度锚杆、组合锚索、W钢带、金属网、混凝土联合支护,以形成群锚封闭效应,维护切眼巷道围岩的稳定性和安全性。试验中锚索锚固力达140~160 kN,锚固区内顶板最大离层值7 mm,顶底板移近量最大值38 mm,试验结果表明,设计提出的锚杆-组合锚索-混凝土支护提高了支护结构的整体承载力,有效控制了切眼巷道围岩的变形,保证了大断面切眼的安全使用。

综放面采放系统设备生产能力配套技术研究

采煤机割煤工序是综放工作面的关键工序,影响到综放工作面的产量和效益.当采煤机型号一定时,为了实现放顶煤工序和割煤工序最大限度地平行作业,提高综放面采煤机的开机率和工作面单产,建立了综放面采放系统设备生产能力配套模型,得到与采煤机割煤能力相适应的循环内平均放煤能力,且后部刮板输送机运输能力应大于循环内平均放煤能力.综放面采放系统设备生产能力配套模型在义马杨村煤矿轻型支架综放开采中得到验证,年产量达到1.05 Mt,取得了较好技术经济效益.

综放工作面开切巷锚梁网支护技术研究

义马耿村煤矿综放工作面开采易自燃煤层,采用开切巷沿煤层顶板布置.为此首先对开切巷锚梁网支护的设计和施工有关问题进行了研究,然后对巷道顶板围岩进行了深基点位移观测,同时利用超声波技术对巷道两帮进行了松动圈测定,在此基础上讨论了大断面巷道锚杆与围岩之间相互作用关系,最后说明了锚梁网支护效果.本研究成果对大断面巷道锚梁网支护具有一定的参考价值.

综放工作面切眼深孔爆破处理顶板及回收顶煤技术

介绍了东滩煤矿在14310综放工作面切眼实施深孔爆破处理顶板,提高煤炭资源回收率,实现切眼顶板安全垮落及提前放煤所采取的措施。

载荷系数影响综放大断面开切眼围岩变形相似模拟研究

根据相似理论,以上榆泉矿10号煤层赋存条件为地质原型,采用中比例相似材料模型进行对比试验,研究综放大断面开切眼开挖以后围岩结构形式及破坏机理,着重研究大断面全煤开切眼中锚索对围岩的控制作用,试验结果证明所设计锚固参数在大断面条件下是可行的。

特厚煤层大采高综放工作面端部覆岩活动规律研究

为了研究特厚煤层大采高综放工作面能否采用小煤柱沿空掘巷技术,以塔山煤矿特厚煤层8204大采高综放工作面为工程背景,采用地表下沉量观测、微震观测和理论分析的方法研究了大采高综放工作面端部覆岩活动范围、裂隙场分布、运动特征及结构特征。结果表明：15 m特厚煤层大采高综放工作面垮落带高度为43 m,断裂带高度为43~200 m,200 m以上岩层处于弯曲下沉带内;大采高综放工作面端部以垮落角、移动角为边界形成滑移破裂区、拉压裂隙区和压裂隙区3个裂隙发育区;采空区稳定前工作面端部形成＂下位悬臂梁-上位砌体梁＂结构,随着工作面推进,覆岩进一步运动下沉,采空区稳定后下位悬臂梁破断,形成三角形滑移区,上位关键层仍以砌体梁结构方式存在,并控制侧向应力场的分布。

酸刺沟煤矿综放工作面矿压显现异常及控制技术

针对酸刺沟煤矿6上煤层大采高综放工作面矿压显现强烈,对工作面矿压显现进行了实时在线监测与分析。结果表明:工作面周期来压步距为20.2 m,来压动载系数平均1.35,高压力区集中在20—130号支架,98%的支架日最大工作阻力达到或超过15 000 kN的额定工作阻力,工作面推采初期出现压架事故。采取了提高安全阀开启阀值、加快推进速度、来压期间减少放煤和在高压力区深空卸压爆破等措施控制顶板,减小压力显现强度,监测显示安全阀开启率降低至12.4%,支架工作阻力基本符合正态比例分布,提高了工作面安全生产水平。

柔性网整体铺网护顶技术在综放面末采贯通中的应用

根据矿井的开采条件,借鉴柔性网整体铺网护顶技术在神华神东、宁煤、乌海等矿区300多个工作面末采贯通中应用的成功经验,保德煤矿在综采放顶煤工作面的末采贯通中成功推广了该套工艺。柔性网在工作面停采前开始铺设,采用同步上网工艺整体铺设,简化收尾工序,对提高综采工作面回撤效率和安全保障性具有重大意义。

大采高综放工作面交叉侧卸配套技术及应用

针对国内综放开采后部刮板输送机采用端卸,导致工作面机头和机尾部放煤效果差的情况,根据东滩煤矿1306工作面的地质条件,介绍综放工作面交叉侧卸总体配套技术,提出综放工作面后部输送机采用交叉侧卸方式,实现前后部机头、机尾中心距与中间段中心距一致,介绍了研发的新型综放工作面端头、过渡支架和巷尾支架。试验表明,交叉侧卸方式可改变现有综放工作面端头区的配套模式,能完善综放工作面端头部的支护效果,提高回收率。

大采高综放工作面远距离供液供电技术

针对综采工作面远距离供液供电带来的压力损失、电压降损失等问题,以龙王沟煤矿大功率、重型综放设备远距离供液供电为基础,模拟分析了管路参数、流量对远距离供液管路压力损失的影响,研究了智能集成供液系统,分析计算了电压降损失对配电设备的影响及极限可靠供电距离,进行了龙王沟煤矿大采高综放工作面远距离供液供电方案优化设计。研究结果表明:乳化液流速越大,供液管路的沿程压力损失越大,龙王沟煤矿2450m远距离供液压力损失约为3.54MPa,采用变频智能集成供液系统实现了工作面恒压快速供液。高压变频器远距离供电需要采用专用变频电缆及电抗器,降低电网的干扰,采煤机、破碎机的极限可靠供电距离为1550m。远距离供液供电技术解决了龙王沟煤矿大采高综放工作面巷道行人困难、通风阻力大、设备列车数量多、推移劳动强度大等技术难题。