Comparative study of mining methods for reserves beneath end slope in flat surface mines with ultra-thick coal seams

The paper aims to identify a reasonable method for mining ultra-thick coal seams in an end-slope in surface mine, With a case study of Heidaigou surface coal mine(HSCM), the paper conducted a comparative research on three mining methods, namely Underground Mining Method(UMM), Highwall Mining System(HMS) and Local Steep Slope Mining Method(LSSMM). A model was firstly established to simulate the impact that UMM and HMS exert on monitoring points and surface deformation. The way that stripping and excavation amount varies with different slope angle, and the corresponding end slope stability were analyzed in the mode of LSSMM. Then a TOPSIS model was established by taking into account six indicators such as recovery ratio, technical complexity and adaptability, the impact on surface mining production, production safety and economic benefits. Finally, LSSMM was determined as the best mining method for mining ultra-thick coal seams in end slope in HSCM.

急倾斜巨厚煤层复杂空间结构区微震时空演化规律及诱冲机理

煤矿冲击地压灾害的发生与空间结构密切相关,尤其在复杂空间结构区灾害发生更频繁。掌握煤层开采复杂空间结构区煤岩灾变规律并揭示其发生机制对于冲击地压防控具有重要意义。以乌东煤矿为研究背景,采用数值模拟、微震监测、理论分析等方法,研究了岩柱应力异常尺寸效应,分析了复杂空间结构区微震时空演化规律,揭示了复杂空间结构下冲击地压发生机理,评估了煤层开采不同区域的冲击危险性。研究结果表明:①急倾斜岩柱厚度更窄、出露高度更大其撬动效应更强,岩厚变异应力异常形成5个分区。②岩柱厚度更窄区域微震频次更多,能量更高,时空活动度更强,离散性更高。高应力区、应力梯度区、应力平稳区依次呈现“低频次-高能量”、“高频次-高能量”、“低频次-低能量”的微震响应特征。③特殊空间结构区域微震事件簇集且能级增大,时空活动度及离散性陡增,尤其在结构边缘该特征更明显,能量积聚及释放速率增大,冲击地压发生的概率及强度更高。位于岩柱更窄区域的特殊空间结构内微震活动更剧烈。④岩柱厚度越窄(煤柱高度越大)则岩柱向深的弯矩及能量增长速率越快,冲击危险性更高。依据结构面强度效应推断出断裂带发生滑移错动,是能量积聚与释放的优势区域。揭示冲击地压发生机理为高静载及低临界载荷共同作用,基于应力集中特征评估煤层开采不同区域的冲击危险性。

深部中厚煤层动压巷道顶板预制裂缝卸压护巷应用研究

针对深部中厚煤层动压对巷道造成的破坏问题,以枣泉煤矿130203工作面运输巷为研究对象,进行了深部中厚煤层动压巷道预制裂缝卸压护巷控制技术的研究。首先通过现场调查,分析了2号煤层工作面运输巷变形破坏特征及其原因,包括地质条件、采煤方法、巷道断面形状、支护方式等因素。在此基础上,对顶板人工预制裂缝卸压的作用进行了理论分析,探讨了裂缝深度、裂缝间距、裂缝方向等因素对卸压效果的影响。通过理论计算,得出了顶板人工预制裂缝卸压的合理参数,提出了“巷道侧人工预制裂缝”的卸压护巷技术,并基于该技术进行了设计与实践。实践结果表明,通过在巷道侧施工人工裂缝,有效地释放了围岩压力,提高了巷道的稳定性。

急倾斜中厚煤层单一巷道放顶煤采煤方法研究与应用

为解决某矿急倾斜中厚煤层倾角及厚度变化大的开采问题,提出了“急倾斜中厚煤层单一巷道放顶煤采煤方法”。该采煤方法是沿急倾斜煤层倾斜方向划分为若干区段,每个区段沿急倾斜煤层走向仅布置1条巷道。此巷道服务于1个采煤区段,担负工作面通风、运输和行人等任务。对单一巷道放顶煤采煤方法的巷道布置、综放工艺和沿空留巷方法进行了探讨。实践表明,该采煤方法使采煤工作面形成全负压通风,避免了巷道与采空区窜风,杜绝了采空区瓦斯积聚和遗煤自燃,实现了采煤机械化,提高了急倾斜中厚煤层的开采效率和煤炭回收率。单一巷道放顶煤采煤法为类似急倾斜煤层安全、高效开采提供了技术支撑。

中厚煤层综采面沿空留巷围岩稳定性控制技术

为提高沿空留设巷道围岩整体稳定性,以隰东煤业2203综采工作面胶带顺槽为研究对象,采用FLAC^(3D)数值模拟、巷道表面位移观测手段对原支护参数的实际应用效果进行了模拟与分析,确定了支护参数优化重点,在此基础上,对原支护方案进行优化并对留巷侧围岩实施支护加固方案,实践表明,该技术方案能够有效降低围岩变形量,提高留设巷道围岩稳定性,实施效果良好。

中厚煤层坚硬顶板切顶留巷关键技术参数研究及应用

为确定中厚煤层坚硬顶板条件下切顶留巷关键技术参数,以安徽宿州界沟煤矿1026工作面运输巷道为工程背景,建立了坚硬顶板切顶留巷力学模型,采用理论分析、数值模拟及现场试验等方法,明确了切顶高度、角度与钻孔间距对切顶效果的影响规律,确定了1026工作面运输巷道合理切顶留巷关键技术参数:切顶高度10 m、切顶角度0°以及钻孔间距0.5 m。现场实测结果显示,1026工作面运输巷道留巷段累计顶板下沉量170~250 mm,采空区侧与实体煤侧液压支架滞后工作面180~200 m压力值稳定,锚索锚固有力,切顶留巷效果良好。研究成果可为相似工程地质条件矿井切顶留巷关键技术参数确定提供有益参考。

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。

110工法在中厚煤层开采中的应用研究

煤矿开采过程中经常会遇到中厚煤层,在进行中厚煤层开采作业时,要合理应用110工法开展作业。下面以110工法概述为切入点,阐述了110工法优势,最终依据工程实例,针对110工法的应用进行了深入探讨。

万峰煤矿高瓦斯工作面瓦斯综合治理技术研究

为保障万峰煤矿1117高瓦斯工作面的安全顺利生产,依据工作面瓦斯基础参数及生产条件对瓦斯涌出量进行预测,预测其开采期间瓦斯涌出量约为11.94 m^(3)/min,并根据相关规定进行瓦斯抽采,分别设计针对本煤层瓦斯、采空区瓦斯、邻近瓦斯的抽采措施,预计瓦斯抽采率可达到64.2%,满足了《煤矿瓦斯抽放基本指标》中高于50%的要求,确保了工作面安全推进。

中厚偏薄复杂煤层高效开采采煤机研制

针对中厚偏薄复杂煤层高效开采的迫切需求,分析了国、内外同类采煤机的现状,确定了采煤机总体结构形式及主要技术参数,研制了适应最低采高1.7 m中厚偏薄复杂煤层高效开采的MG650/1590-WD2型采煤机,并介绍了采煤机摇臂壳体、紧凑型行走系统、集中加油与集中注脂系统等关键技术以及采煤机现场应用情况。工业性试验结果表明,该采煤机整体运行稳定,实现了安全高效开采,为中厚偏薄复杂煤层矿井建设提供了重要的技术保障。

中厚煤层综采工作面产尘扩散规律及治理技术研究

针对中厚煤层综采工作面采煤机截煤、液压支架降柱移架产尘污染严重的问题,以青龙寺煤矿5-20109综采工作面为研究对象,采用数值模拟的方法研究了两大尘源共同作用时呼吸性粉尘的扩散规律,并结合现场实测对人员作业区域的粉尘进行了溯源分析,提出了一种滚筒喷雾密闭+跟踪喷雾隔离+机载喷雾引射除尘+支架喷雾侧吸净化的综合治理措施。现场应用结果表明,采煤机司机及采煤机下风侧10 m处的呼吸性粉尘浓度降尘效率可达到91.12%以上,液压支架降柱移架下风侧5 m处和回风巷端头15 m处的呼吸性粉尘浓度降尘效率可分别达到85.75%和90.63%,综采工作面的作业环境得到了明显改善。

顺层钻孔抽采方式在高瓦斯中厚煤层工作面瓦斯治理中的应用研究

针对高瓦斯中厚煤层工作面瓦斯涌出大、控制困难的问题,对常用的抽采方式进行比较,选择了适用性最佳的顺层钻孔抽采方式。在分析钻孔布置、封孔深度、抽采负压和抽采时间等影响抽采效果的各种因素的基础上,对高瓦斯中厚煤层工作面抽采进行设计,并优化瓦斯抽放参数。实践应用表明:顺层钻孔抽采方式在3102工作面的抽放效率高达62.71%,极大地降低了高瓦斯中厚煤层的安全隐患,对控制瓦斯灾害具有重要意义。

黄陵矿业1009工作面切顶成巷无煤柱开采技术研究

黄陵矿业主采的2~#煤层厚度大,按照原设计需留设25 m的区段保护煤柱,浪费了大量煤炭资源。为提高资源回收率,提出采用预裂切顶的方式实现无煤柱开采。综合采用理论分析、数值模拟及工程类比的方法,设计了合理的预裂爆破参数,并在黄陵矿业1009工作面进行了现场试验。试验结果显示:当预裂切顶高度为16 m,与竖直方向夹角为15°时,工作面回采后采空区顶板岩层在滞后工作面5~10 m,即可垮落充填采空区,在工字钢及金属网的侧向约束作用下形成沿空巷道的新巷帮。通过对沿空巷道围岩进行现场监测,发现在滞后工作面160 m后巷道围岩基本趋于稳定状态,其中顶底板移近量最大值为159.7 mm,两帮移近量最大值为98.6 mm,可以满足下一工作面的使用要求。

缓倾斜中厚煤层切顶卸压沿空留巷支护应用

以文家坝一矿110606运输巷沿空留巷为工程背景,采用经验公式计算、数值模拟、工程实践、矿压监测等方法,进行沿空留巷预裂爆破切顶卸压,巷内补强支护方案的设计及应用研究。通过理论分析得到预裂切顶钻孔垂高为7.7 m,孔深为8.0 m时,冒落矸石可将采空区充满,设计详细的巷内补强及采空侧挡矸支护方案。运用FLAC^(3D)数值模拟,研究围岩变形与顶板岩层离层量,结果表明,切顶及巷内补强支护方案可行。工程应用期间进行综合矿压监测,留巷围岩变形量在较低水平,巷道围岩整体稳定,锚索承载能力仍有较大富余,可实现沿空巷道的长期安全稳定,取得较好留巷效果。

中厚煤层膏体充填开采覆岩运移控制研究

以七五煤矿为研究背景,通过理论分析和数值模拟相结合的方法,探讨了不同充填参数对中厚煤层膏体充填开采覆岩运移的影响;通过建立覆岩运移力学模型,分析充填体弹性模量对顶板下沉的影响,随着充填体弹性模量的增加,顶板下沉量逐渐减小,但减小速率递减;通过FLAC^(3D)数值模拟,充填率的增加显著提高充填效果,但存在一个最优充填率,超过该值后,增加充填率对顶板支承效果的提升作用有限;工作面煤柱所承载的上覆岩层荷载大于充填体所承载的荷载,随着靠近充填体而变得更加显著。综合理论分析和数值模拟结果,得出在七五煤矿特定地质条件下,充填率为90%,充填体弹性模量为0.3 GPa时,可以获得良好的充填效果并最大化开采效益。

中厚煤层MG900/2400-WD采煤机摇臂壳体力学分析

为进一步探究采煤机摇臂的可能优化路径,从摇臂壳体优化设计的角度着手,以面向中厚煤层开采的MG900/2400-WD型采煤机作为研究对象展开研究。首先结合实际需要,明确该摇臂壳体的设计要求,并从材料、热处理工艺与铸造方面进行摇臂壳体的初步设计;而后基于铸造完成的模型,应用ANSYS有限元分析工具分析该摇臂壳体的力学性能。结果显示,该摇臂壳体在应力和应变2个方面的指标上均符合预期要求,证明本次设计工作取得了初步成功,该摇臂壳体也具有潜在的应用价值。

切顶成巷技术在煤矿开采中的价值分析

本研究针对黑龙江鸡西矿业集团有限责任公司下属煤矿面临的采掘接替紧张与回采率低下两大难题,运用价值工程的七个逻辑程序,进行了深入分析与解决方案设计。通过现场勘探与数据整理,本研究确认切顶自成巷技术为有效解决方案,该技术旨在优化采掘布局,提升安全性和经济效益。在严格遵循价值工程逻辑程序的基础上,提出了包含“切、补、护、支”四个环节的改进方案,并通过矿压监测确保技术功能满足实际需求。经过成本与价值分析,确定该方案具有显著的经济效益和安全效益。据预测,实施切顶自成巷技术后,矿井将实现采掘接替的有效缓解,回采率显著提升,并有望为矿井带来约6761万元的额外收益。研究不仅为鸡西矿业集团解决了实际问题,也为类似条件的煤矿提供了可行的技术路径与参考。未来,将继续关注技术应用效果,不断优化完善,推动矿业安全与效益的双提升。

中厚煤层综采工作面切顶卸压沿空留巷应用研究

针对杜儿坪煤矿中厚煤层综采工作面回采率低、掘进成本高、采掘接续紧张等相关问题,以62709工作面回采巷道为工程背景,结合理论分析和现场工业试验,采用爆破切顶卸压和沿空留巷技术,通过中厚煤层综采工作面切顶卸压控制技术的关键参数优化,确定“切顶卸压+恒阻大变形锚索联合支护”协同控制方案。切顶高度为8 m、切顶角度为15°的情况下,具有最佳的切顶卸压效果。现场试验结果表明,在回采过程中,巷道爆破切顶段顶板动量较未切顶段下降约40%,巷道两侧变形量较未切顶段下降约50%。该技术对提高煤炭的回收利用率,缓解生产接续紧张的压力,推动煤炭企业可持续发展有重要作用。

大倾角厚煤层综放开采颗粒元分析

应用PFC2D计算程序,对某矿水平与倾斜联合布置的折线型综采面,分析了散体顶煤和破碎直接顶的落放过程及落放形态,揭示了不同放煤步距连续推进模式下的煤损动态特征,并对不同放煤顺序的顶煤回收率及支架受力工况进行了优化分析.研究表明:折线型综采面采用自上而下的回采顺序,顶煤回收率高,支架受力均匀;低位单口放煤时,放出体形态向采空区侧偏转;在支架连续推进过程中,煤损形态节律性变化;大倾角厚煤层综放开采,采用中档放煤步距的经济技术效果较好.

急斜特厚煤层群采动应力畸变致诱动力灾害控制

采动应力诱发的动力灾害是制约急斜特厚煤层群安全开采的难题之一。以乌鲁木齐矿区乌东煤矿动力灾害防控为目标,采用开采技术条件调查、理论分析、数值计算和现场监测等方法与手段,揭示采动应力畸变致诱动力灾害机理。研究表明:43号煤层产生的采动应力经其顶煤传导作用至层间夹持煤岩柱(sandwiched coal-rock pillar in seams,SCPS),同时受自重作用SCPS发生大变形,造成其倾向上部层位受拉伸应力而倾向下部层位受压缩应力,引发45号煤层+575水平南巷顶板应力高度集中,导致动力灾害频发。针对43号煤层工作面高于45号煤层工作面的开采布局,制定"先注水后爆破"解危措施。现场监测结果表明微震大事件频率由4.0次/min降至1.0次/min,电磁辐射峰值强度降至42.8 m V,动力灾害得到有效控制。