深部综放开采软岩巷道切顶卸压自成巷技术研究

针对鸟山井田深部综放开采软岩巷道支护难度大的难题,阐释了深部岩层非线性的应力应变特征,在综放面采用切顶卸压自成巷技术,同时采用理论分析、数值模拟和工程试验,研究了深部留巷的可行性,将留巷过程分为三个区并提出了针对性控制对策。将该技术在鸟山煤矿11031综放工作面回风巷道进行现场试验,现场监测结果表明:该巷道从掘进开始到回采结束,顶板下沉量表现出切缝侧大于巷中大于实体煤帮的规律,最大下沉量分别为155,128,81 mm,顶板离层量稳定时约119 mm,数值模拟结果表明切缝后顶板最大下沉量为175mm,有效控制了深部软岩巷道围岩变形,各项监测指标良好,验证了针对该综放面深部留巷设计的正确性。

深部高突低渗煤层超高压水力割缝卸压增透技术实践

峰峰集团九龙矿2号煤埋深大,瓦斯含量高,为保证工作面安全回采,开展了瓦斯卸压增透技术的研究。与其他致裂方式相比,超高压水力切缝卸压增透技术的成本低、安全性高,对地质条件的适应性强,是一种理想的低渗煤层增透方式。该技术可破坏钻孔的“瓶塞效应”,促进裂缝的产生、发育和贯通,由此提高透气性,加大煤层中瓦斯的释放。在15249N工作面的现场应用表明,割缝钻孔单刀出煤量0.78 t,等效割缝半径1.89~2.31 m,较普通钻孔瓦斯抽采浓度提升1.6倍,瓦斯抽采纯量提升3.79倍,取得了较好的增透效果。

新巨龙选煤厂煤泥深度浮选工艺研究与应用

为充分高效利用稀缺炼焦煤资源,针对新巨龙选煤厂部分细粒级精煤未浮出,浮选尾煤灰分偏低的问题,采用“三次浮选”代替“二次浮选”,即用4台5室浮选机进行一次浮选,保证浮选尾煤灰分达到70%以上;利用原先的4室和3室浮选机进行二次浮选对一次浮选精煤降灰,二次浮选精煤灰分达到8.5%以下,二次浮选尾煤经过浓缩压滤脱水后作为中煤产品;最后用1台3室浮选机进行三次浮选对二次浮选高灰精煤降灰,三次浮选精煤灰分控制到11%以下,三次浮选尾煤返回二次浮选作为补水。解决了原先浮选工艺处理能力不足的问题,同时通过浮选入料截粗改造,改善其粒度组成,优化浮选效果。煤泥深度浮选工艺改造后,煤泥灰分达到70%以上,发热量降低至1350 kcal/kg,较改造之前煤泥灰分升高23百分点,发热量降低1650 kcal/kg,总精煤产率提高1.49百分点,中煤产率提高2.39个百分点、煤泥产率降低2.92百分点,创造了可观的经济效益。

采煤机截割状态识别的深度特征融合网络

针对综采工作面开采过程中采煤机截割状态识别存在精度低及速度慢等问题,采用卷积神经网络与双向长短时记忆网络相结合的深度学习模型,融合滚筒截割煤岩时生成的信号特征,识别与分类截割状态。通过特征样本移位与叠加随机高斯白噪声扩充样本数量,基于霍普金斯统计量原理建立评价函数与评价指标,构建出增强的特征数据集;将批归一化机制与ReLU激活函数引入到卷积神经网络模块中,加快对增强数据集浅层特征的分组提取收敛速度,拼接浅层特征数据组至双向长短时记忆网络模块中提取更重要的深层状态信息,识别并分类采煤机截割状态,通过与不同模型的对比试验与消融实验,验证深度特征融合网络模型对数据集学习的效果。结果表明,与常规神经网络模型相比,分类识别准确率高2%,训练迭代运算速度快5%,有效地解决了采煤机截割状态识别精度低与速度慢的问题。

深井中厚煤层顶板分区切顶留巷技术研究

针对山东矿区深部冲击性矿井留设煤柱带来的矿压显现严重、煤柱资源浪费、掘巷与支护成本费用较高等问题,以郭屯煤矿4306工作面为工程背景,对工作面轨道顺槽进行切顶卸压沿空留巷。依据工作面中厚煤层情况,将轨道顺槽切顶留巷顶板划分为3段,Ⅰ段为0~300 m,Ⅱ段为300~473 m,Ⅲ段为473~778 m;对切缝参数进行了设计,并通过矿压监测和围岩变形监测分析了留巷效果。研究结果表明:根据顶板分区,合理的切缝钻孔深度是Ⅰ段为8.5 m,Ⅱ段为7 m,Ⅲ段为8.5 m,切缝孔距巷道帮100 mm,与铅垂线夹角为15°,孔间距500 mm;切顶留巷支架平均压力和最大压力显著降低,与小煤柱沿空掘巷相比可节省300多万元,具有较好的经济效益。为类似深部冲击性矿井开展切顶卸压沿空留巷技术提供了一定的参考。

沿空留巷技术在综采工作面的应用

为提高采面煤炭资源采收率、缓解采掘接替紧张局面并为降低巷道掘进成本,将切顶卸压沿空留巷技术应用到3804综采工作面。依据3804综采工作面现场地质条件、顶板岩性,对3804机巷超前支护、切顶爆破以及临时支护方案等进行设计。现场应用后,3804机巷留巷段顶底板、两帮最大收敛量分别为242、283 mm,留巷段围岩变形量较小,可满足邻近采面使用需要。

深部缓倾斜煤层切顶卸压自成巷应用研究

针对林盛煤矿-780 m埋深、平均15°深部缓倾斜煤层地质条件,现场围岩非对称大变形支护难问题,采用理论计算,得出切顶高度、切顶角度以及恒阻大变形锚索支护等关键参数,并通过数值模拟和现场爆破试验优化了林盛煤矿1221运输巷切顶卸压自成巷工艺切缝深度8.0 m,切缝角度75°,封孔长度3.0 m,孔间距500 mm,装药结构为3+3+2+1的参数设计值,随后在林盛煤矿1221运输巷进行了工业性现场试验,矿压监测数据结果表明,在滞后工作面170 m左右巷道围岩变形基本趋于稳定,顶板最大下沉量165 mm,底鼓量38 mm,这与FLAC 3D数值模拟结果接近,证明了切顶卸压理论的正确性。留巷后巷道变形小,现场巷道围岩完整、无破坏现象,该试验深部缓倾斜煤层的成功应用可为切顶卸压自动成巷技术的进一步推广应用提供一定的借鉴。

坚硬顶板深孔切顶卸压留窄煤柱护巷关键参数研究

针对坚硬顶板条件下窄煤柱及巷道围岩变形过大且矿压显现强烈的问题,以付家焉煤矿10102工作面回风巷为工程背景,对坚硬顶板深孔预裂切顶留窄煤柱护巷参数进行研究。通过对顶板切顶护巷的力学推理分析,切顶后顶板由初次来压前的三边固支、一边简支变成两边固支、两边简支,使得顶板更易垮落且垮落步距相应降低,缓和了工作面的矿压显现。对切顶留窄煤柱护巷的关键参数进行详细分析得出:煤柱宽度、切顶角度、切顶深度、切顶炮孔间距是实现精准切顶的关键因素,24 m的垂直切顶深度完全的切断基本顶,有效降低了基本顶的应力联系,缩短基本顶悬臂长度的同时最大限度降低了煤柱的载荷。数值模拟结果表明,8 m煤柱不切顶时支承压力最大,达41.8 MPa,煤柱的塑形破坏最大,甚至会导致煤柱留设失败;8 m煤柱切顶后,煤柱的支承压力最小,峰值为21.2 MPa,且煤柱内部压力集中区明显降低。切顶效果监测表明,随着预裂切顶的进行,对窄煤柱巷道的围岩控制起到了有效的作用。

千米深井切顶成巷卸压效应及采场应力分布特征研究

以千米深井安居煤矿5307工作面为工程背景,通过数值模拟和现场实测研究了超千米埋深切顶成巷无煤柱开采卸压效应及采场应力分布特征,并对工作面压力分布进行了分区。数值模拟结果表明,相对于留煤柱开采,切顶成巷无煤柱开采超前支承压力峰值和应力增高系数均有降低,且越近留巷侧卸压效应越明显,切顶成巷实体煤帮应力峰值较留煤柱开采降低6.7%;现场实测结果表明,切顶成巷无煤柱开采工作面倾向压力分布具有非对称性特征,近切缝侧一定范围内出现明显的卸压区,卸压影响范围15 m,切缝影响区内的支架平均工作阻力较工作面中部降低28%,较未切缝的运输巷侧降低22%。

采空区侧超前切顶沿空掘巷围岩稳定特征研究

沿空掘巷可以有效缓解煤炭开采过程中的浪费问题,提高采出率。窄煤柱的合理尺寸将会影响到工作面的安全高效开采。基于某矿井221上01工作面轨道巷工程地质条件,通过理论分析与数值模拟,研究确定了轨道巷留窄煤柱沿空掘巷的合理煤柱尺寸,提出了采空区侧向顶板超前预裂断顶,优化区域应力环境,并分析了深孔预裂爆破切顶的技术参数,确定了最终的实施方案。结合采场侧向支承压力分布规律及锚杆安设原则,理论计算出窄煤柱的合理宽度在4.47~5.52 m。采用FLAC3D数值模拟分析了煤柱宽度为分别为3 m、4 m、5 m、6 m、7 m条件下的围岩状态,从应力、位移、塑性区3方面综合分析,确定最佳煤柱尺寸为5 m。结合FLAC3D有限差分软件,分析对比了不同切顶角度以及高度的情况下,巷道围岩的应力状态,垂直位移以及塑性区分布;选取了切顶高度15 m,切顶角度10°为切顶的最佳参数;结合深孔预裂爆破裂缝的形成机理,并依据大部分爆破工程经验给出本次爆破切顶所涉及的相关爆破参数。结果显示选择恰当的切顶参数可使得煤柱尺寸应力集中越小,验证了爆破参数的可行性。

煤矿岩石巷道中深孔爆破掏槽技术应用研究

中深孔爆破技术以其显著的优点而被认为是目前煤矿井下岩石巷道掘进首选的爆破技术。为提高单循环进尺和掘进速度,在满足煤矿井下爆破安全要求的前提下,通过对直眼掏槽、斜眼掏槽等各种掏槽方式进行分析研究,提出应尽可能简化掏槽形式。以实例证明,菱形直眼掏槽和加强的楔形斜眼掏槽均能获得较好的掏槽效果。

对接长锚杆在深井大采高窄煤柱巷道支护中的应用

为解决深井大采高窄煤柱巷帮破碎深度大和锚索延伸率低的问题,提出了采用巷顶对接长锚杆取代锚索,巷帮刚性长螺纹对接长锚杆取代短锚杆的支护技术。基于现场实测和FLAC3D数值模拟确定了对接长锚杆支护方案,优化了锚杆支护参数,并进行了现场对比试验,结果表明:锚索支护效果与顶板下沉量有很大关系,由于锚索支护强度高,但在顶板下沉量超过锚索延伸量时,大量锚索发生破断、失效,然而对接长锚杆均无破断现象,起到了较好的支护作用;帮部刚性长螺纹对接长锚杆支护在掘采期间均能较好地控制两帮移近量,并缩短了两帮变形稳定时间。

深井近距离煤层上行开采巷道应力数值分析

为解决孙村煤矿深部二层煤开采过程中遇到的诸多问题,提出了上行卸压开采的技术方案.采用RFPA数值分析软件,对孙村矿深部近距离煤层上行开采条件下,上位煤层回采巷道的应力环境进行了分析;结合覆岩导水裂隙带的观测结果,探讨了上位煤层回采巷道的稳定性,证明上行开采条件下上位二层煤的回采巷道稳定性较下行开采有较大的改善;同时研究了上位二层煤开切眼的合理位置,为保证上行卸压开采的成功提供了理论依据.

千米深井三软煤层智能开采关键技术与展望

基于我国淮南矿区三软煤层赋存条件及综采自动化技术发展现状,分析了千米深井三软煤层综采工作面实现智能化、少人化开采的制约因素与技术瓶颈。针对三软煤层易发生煤壁片帮与顶板冒漏等问题,提出了基于多参量监测与融合分析的液压支架智能自适应控制策略;通过分析采煤机精准定位与智能调高存在的技术瓶颈,提出了基于地质信息模型和随掘随采探测动态修正的采煤机采高智能调控策略;分析了刮板输送机发生上窜、下滑等异常工况的原因,提出了基于刮板输送机三向姿态智能监测的异常工况预警与调控策略,并辅以刮板输送机推移工序进行调整;针对综采工作面超前支护区域难以实现智能化推进的难题,研发设计了单元式智能自适应超前液压支架及自动搬移装置,提高了对大变形巷道的适应性及智能化控制水平;分析了综采装备群智能协同推进控制策略,对综采工作面智能化开采技术的发展方向进行了展望。

煤矿硬岩下山巷道掘进中深孔爆破技术试验研究

为了提高煤矿坚硬岩石下山掘进循环进尺和掘进进度,在满足煤矿井下爆破安全要求的前提下,根据下山巷道断面和岩石性质,对炮眼深度、炮眼直径和药卷直径、掏槽形式和掏槽参数、光面爆破参数和光面爆破装药结构、底眼爆破参数和底板控制、合理的起爆方式等进行了现场试验研究。采用底部集能装药掏槽爆破技术和水垫层周边光爆装药结构、增加底眼数量和深度、铁套管防回淤等技术和工艺,取得了良好的爆破效果。

深部低透煤层水力割缝卸压增透技术研究现状及发展趋势

中国煤矿煤层的渗透率普遍较低,瓦斯抽采难度高、抽采率低、抽采达标工程量大,深部高应力条件下瓦斯抽采难度更大。煤层卸压增透是深部低透气性煤层瓦斯灾害防治与煤层气高效开发的关键,而水射流割缝技术是煤层卸压增透的重要技术之一。围绕水射流割缝技术研究发展,系统总结了水力割缝的卸压增透机理、强化射流方法、割缝工艺、射流割缝装备等4个方面的研究现状,分析了当前水力割缝技术在卸压增透量化机理、割缝工艺方法、增透效果评价、装备性能等方面存在的问题,并对水力割缝技术的切割增透能力、装备研发方向、推广应用前景等发展趋势进行了展望。

深埋两硬综放开采冲击地压危险性分析与预测

通过研究采区的开采深度、煤层顶板性质、煤岩冲击倾向性、地质构造和煤层厚度变化等冲击地压影响因素,应用综合指数法预测冲击地压危险性,进一步分析了在采动影响下的冲击危险性,并划分了5个冲击危险性较大的区域。根据应力在线监测和微震系统的实时监测和分析,预测结果比较符合现场实际。

深井强突出煤层石门揭煤区域防突技术

矿井深部高地压石门揭穿强突出煤层是煤矿安全生产中一大难题。淮南矿业集团谢一矿通过对石门揭穿强突出煤层位置实施多角度区域性大面积打钻、卸压,采取立体网格式抽放,并严格执行"四位一体"综合防突措施,加强高地压揭煤顶板管理,按照正规循环作业渐进式逐步逼近,安全揭开强突出煤层,为矿井向深部开拓石门揭煤防突工作提供了借鉴。

深部煤层钻屑粒度随钻进深度分布规律

为了研究煤层钻屑粒度随钻进深度分布规律,选取具有冲击危险性的平煤八矿己15煤作为研究对象,采取钻屑量测试和孔口瓦斯浓度监测,通过筛分实验煤样并应用Rosin-Rammler分布模型,探究了钻屑粒度和钻屑量大小随孔深变化关系,分析不同点钻屑粒度分布特征。结果表明:小于0.075 mm钻屑粒度分布随孔深变化与钻屑量变化规律相吻合;不同钻孔随深度变化分别对应不同Rosin-Rammler分布函数,随着应力过渡越平缓,粒径分布宽度系数n值越小,煤体应力越大粒径相关系数D越大;不同范围钻屑粒度占比大小也会影响钻屑量大小;在钻屑量较大时,孔口瓦斯体积分数会出现增高现象。通过对钻屑粒度分布规律分析,更好地了解深部煤体应力分布,有助于冲击危险的预警。

基于CPS感知分析的煤岩截割状态识别系统

煤岩截割状态识别是实现采煤工作面"无人化"开采的关键技术,为了实现煤岩截割状态信息的实时感知与精准判别,结合虚拟样机技术,提出基于CPS(Cyber Physical Systems)理念的煤岩截割状态识别方案,将煤岩截割状态信息的获取、处理、识别等异构数据进行多领域融合。开发不同赋存条件的煤岩离散元模型,建立采煤机截割部刚柔耦合虚拟样机模型,利用DEM-MFBD(Discrete Element Method-Multi Flexible Body Dynamics)双向耦合技术确保运动信息与煤岩状态特征信号数据的实时传递,获取采煤机截割煤岩的振动信号,并通过STFT(Short-Time Fourier Transform)算法将其转化为二维时频图像。结合时频域信息特征,实现煤岩截割状态信息识别模块的搭建。构建一种基于DCGAN-RFCNN(Deep Convolutional Generative Adversarial Networks-Random Forest Convolutional Neural Networks)网络模型的煤岩截割状态识别方法,通过使用改进的DCGAN网络进行时频图像的扩充,采用增加梯度惩罚项的方式提升合成样本维持原始样本特性的能力,生成每类仿真工况包含5 000个合成样本的煤岩时频图像数据集,将仿真原始数据集与合成样本数据集混合作为煤岩截割状态识别网络的训练集与测试集,采用改进的RFCNN算法对模型进行训练,得到模型识别结果。选取不同数量合成样本的数据集以及不同识别方法的网络模型进行对比分析,结果表明,当RFCNN识别网络中未添加合成样本时,其平均识别率为89.74%,随着合成样本数量的增加,煤岩截割状态的识别率提升,当添加合成样本数量达到5 000时,识别效果最佳,平均识别率达到98.09%,验证了采用改进的DCGAN网络丰富数据集的优越性。RFCNN网络模型与CNN,PSO-BP,BP网络模型相比收敛速度快、泛化能力强、识别率高,在煤岩截割状态识别中效果显著,可对软岩硬煤、夹矸层较多等复杂赋存条件做出准确判断。通过构建的煤岩时频谱图像数据集对DCGAN-RFCNN网络进行试验验证,利用混淆矩阵统计煤岩截割状态的识别率为98.41%,与仿真结果接近,验证了该方法的可行性。依托Simulink仿真平台,成功构建基于CPS感知分析的煤岩截割状态识别系统,实现实时数据共享、在线感知与控制,使采煤机具备智能截割能力。