10m超大采高智能化开采关键技术及装备研究

通过调研陕西陕煤曹家滩煤矿业有限公司22煤层赋存条件,探究了超大开采空间矿压显现规律及超高煤壁片帮特点,总结了超大采高综采工作面围岩控制关键技术,分析了超大采高综采工作面端头区支护特点,提出“大梯度+小台阶”端头区过渡模式,实现了综采工作面中部到两端头巷道6 m高差的短缓过渡及端头区三角煤高回收率支护;基于综采工作面智能化成套开采装备选型配套,研发了适应10 m超大采高综采工作面的成套开采装备,实现了超大开采空间安全防护、特厚煤层高效截割、超大运量煤流顺畅运输;搭建工作面“采支运”一体化智能协同作业控制系统及多源系统集成与数据融合分析平台,支撑10 m超大采高综采工作面安全高效开采。

特厚煤层超大采高综采工作面冒顶防治技术

在煤矿开采过程中,伴随着开采装备水平的提升,为了提高煤炭资源回收率,一次采全高的超大采高综采工作面占据比例逐年增加,冒顶片帮的几率也随之增加。本文以上湾煤矿12403综采工作面冒顶事故为背景,从注高分子材料、铺设假顶和处理大块矸石三个方面介绍了超大采高工作面冒顶防治技术,为超大采高综采工作面面临的冒顶问题提供了明确、有效的解决措施。

煤炭安全高效综采理论、技术与装备的创新和实践

2030年之前我国以煤为主的能源格局难以改变,煤炭资源安全高效开采仍然面临一系列技术挑战。基于不同层位围岩破断的应力路径效应研究成果,研究了液压支架与围岩的强度、刚度、稳定性耦合作用原理,提出了液压支架适应围岩失稳的"三耦合"动态优化设计方法;针对厚煤层超大采高综采,建立了顶板岩层断裂失稳的"悬臂梁+砌体梁"力学模型,分析了"悬臂梁"破坏失稳的空间条件与力学条件。通过数值模拟方法分析了煤壁破坏的主要影响因素,得出了各影响因素对煤壁破坏的敏感度排序。研发了增容缓冲抗冲击立柱、液压支架群组协同控制系统及"大梯度+小台阶"配套方式,实现了金鸡滩煤矿8.0 m超大采高工作面安全高效开采;针对特厚煤层大采高放顶煤开采,研发了三级强扰动高效放煤机构与尾梁冲击破碎装置;针对薄煤层研发了调高范围为0.5~1.4 m的超大伸缩比液压支架,在黄陵一号煤矿实现了常态化远程监控、工作面无人操作的智能化开采。对未来需要突破的安全高效开采关键技术进行了展望,提出了稳定割煤与连续推进、高可靠性设计、综采设备机器人化及透明开采4个技术方向。

超高压水力割缝在坚硬突出煤层石门揭煤预抽瓦斯防突措施中的应用

白皎煤矿开采低透气性坚硬突出煤层,石门揭煤预抽瓦斯时间一般为4~5 a,为了缩短石门揭煤时间,研发了超高压水力割缝成套设备及施工工艺,并在+300 m四号石门揭煤掘进工作面进行了工业性试验。实践表明,超高压水力割缝增透措施增加了煤层的透气性,提高了瓦斯抽采效果,使整体揭煤时间缩短近4 a,极大提高了石门揭煤速度,同时揭煤瓦斯浓度不超限,实现了安全、快速揭煤。

倾斜煤层的超高水材料混合固结充填法

为解决超高水材料开放式充填受煤层倾角影响较大的缺点,实现倾斜煤层安全、高效的充填开采,创新性地提出了混合充填的新思路,形成了超高水材料混合固结充填技术并深入地进行了可行性分析。给出了相关充填工艺流程:首先填充固体充填物,之后充填高水材料,待浆液液面达到要求高度后,进行二次充填固体充填物。分析了该技术的充填机理和能够控制上覆岩层运动的实质,总结了技术的特色和优点。认为该充填技术合理地利用了煤层倾角,达到了充填不受煤层倾角限制的目地,解决了开放式充填的技术难题,同时还进一步提高了控制地表移动的能力。此外,超高水材料混合固结充填成本低廉,采煤与充填互不影响,为提高倾斜煤层滞压资源采出率、减缓地表损害提供了新的手段,具有广阔的应用前景。

极软易燃特厚煤层综采放顶煤工作面初采实践

淮北矿业集团朱仙庄煤矿初采期间解决了煤壁片帮、漏顶技术和支架设备下滑问题,实现了极软、易燃、特厚煤层综采放顶煤工作面的高产高效。文章介绍了极软、易燃、特厚煤层综采放顶煤工作面设备的选型与配套,对综采放顶煤工作面矿压显现规律、瓦斯防治技术和防灭火新技术进行了研究。

10m特厚煤层综放开采技术的经济效益分析

介绍了唐山矿铁一区、铁二区10m特厚煤层综放开采高产高效技术与应用,阐述了综放开采与分层开采的技术经济效益对比情况,数据真实可靠,具有一定参考价值。

赵固二矿坚硬煤层超高压水力割缝增透技术应用

针对赵固二矿煤层坚硬、透气性低、钻孔瓦斯抽采效果差及钻孔工程量大等问题,提出采用超高压水力割缝技术提高瓦斯抽采效率。基于应力波原理,分析了高压水射流破煤机理,研制了适用于坚硬煤层条件且能够有效提高射流打击力的圆锥收敛型喷嘴和适用于坚硬煤层条件的定点冲击割缝方式。现场试验表明,针对坚硬煤层条件,割缝钻孔平均单刀出煤量约0.18t,等效割缝半径0.99~1.57m,割缝后瓦斯自然涌出量是普通钻孔的11.3倍,抽采纯量较普通钻孔提高3.8倍,钻孔抽采有效半径较普通钻孔增加了90%左右。超高压水力割缝技术能有效的解决低渗透性坚硬煤层的瓦斯抽采难题。

特厚煤层大采高综放开采工作面的安全保障技术

通过对特厚煤层大采高综放面瓦斯分布、涌出规律及"三带"的研究,提出大采高综放面瓦斯等灾害治理新技术,为大采高综放面开采提供安全保障,改善作业环境,为实现大采高综放面安全、高产、高效提供技术支撑。

特厚煤层采煤方法选择及工作面参数优化设计

采用文献查阅和现场调研的方式分析了我国特厚煤层开采现状,分析了不同开采工艺的适应性和适用条件,针对曹家滩煤矿不同区域煤厚分布情况,结合产量提高及煤质提升的要求,设计了10 m超大采高综采工艺,提出了合理采高范围,通过经验类比法提出了10 m超大采高液压支架技术参数,可有效提高煤炭的回收率。

超高压水射流切割煤层增透试验研究

针对低透气性单一松软煤层的瓦斯抽采难题,在总结其他增透技术措施的基础上,按照增加煤层透气性的思路,开发并改进了超高压(最高达300 MPa)水射流切割技术装备。在山西潞安集团常村煤矿2105工作面运输巷进行了现场试验,通过多次试验确定了合理3号煤层的切割压力,测试了切割半径和瓦斯抽采纯量等参数。试验结果表明:常村矿3号煤层的合理切割压力为80 MPa,有效切割半径为1.8~2.0 m,瓦斯抽采纯量提高了5倍,瓦斯抽采效果良好。超高压水射流切割煤层增透技术能够有效改善煤层透气性,大幅提高了瓦斯抽采效率,节约了抽采时间,为提高煤矿瓦斯抽采效果提供了新途径,具有一定的推广应用价值。

综放工作面采空区自燃区域判定及防治技术

根据新巨龙能源有限责任公司特厚煤层综放开采工作面自燃特点,确定采用"防控结合、重在预防"的防火指导原则,建立以预测预报技术、综合防控技术、特殊区域防火技术、应急技术相结合的煤层自燃综合防治技术体系,保障了工作面的安全生产。

试论特厚煤层的巷道支护技术措施

以贵州盘江精煤股份有限公司特厚煤层的煤炭资源巷道支护开采为例,结合特厚煤层煤炭资源巷道支护开采结构原理,对特厚煤层的巷道支护开采技术措施进行分析研究。

近水平特厚煤层井下立体协调预抽技术及应用

采前瓦斯高效抽采是有效解决高瓦斯含量特厚煤层瓦斯治理的重要手段。针对近水平特厚煤层面临的煤层厚度大、瓦斯含量高、瓦斯抽采难度大等问题,采用"底板穿层钻孔+定向长钻孔"的井下立体协调抽采模式,并结合工作面顺层钻孔进行辅助抽采。

厚煤层超高水充填工作面原位留巷技术研究与应用

为提高资源回收率,缓解采掘接替紧张的局面,在亨健矿2515超高水充填工作面进行巷旁充填原位沿空留巷技术研究。在理论分析充填工作面留巷顶板覆岩稳定性的基础上,建立巷旁充填体与直接顶的相互作用关系模型,确定了充填体的支护阻力。结合2515工作面的实际情况,确定了原位留巷支护方案。矿压观测表明,2515副巷留巷矿压显现不明显,巷道变形小,能够满足生产需求,取得了较好的经济和社会效益。

倾斜特厚煤层综放开采回采巷道围岩应力实测研究

通过对倾斜特厚煤层陈家沟煤矿1205工作面推进过程中,回风顺槽上、下两帮及工作面超前应力的实测研究,得出了回风顺槽的上、下两帮煤体内侧向应力以及工作面超前应力的分布特征,为确定合理的超前支护方案提供了依据。

特厚煤层分区切片式自动放顶煤工艺N+1模式

基于串草圪旦煤矿特厚煤层的地质赋存条件,为实现综放工作面高效率自动放煤,提出特厚煤层整体移架分区切片式自动放顶煤工艺N+1模式;采用数值模拟PFC2D软件分析了放煤顺序、放煤步距、放煤轮次对顶煤放出和混入矸石的影响,分析了液压支架系统对自动放煤的影响。研究结果表明:特厚煤层中上行顺序放煤量高于下行顺序放煤量;一刀一放回采率比两刀一放回采率高3.63%,多轮顺序放煤可比单轮顺序放煤提高回采率1.81%~3.92%;液压系统的滤芯堵塞是时序控制下自动放煤效果的限制性因素,采用人工干预和强约束控制可以实现时序控制的自动放顶煤技术。

高强瓦斯巨厚煤层组隧道安全高效爆破技术

天城坝隧道面临国内最高瓦斯强度(7.4 MPa)和巨厚煤层组等复杂地质,致使其施工难度大、施工工期长。该文基于天城坝隧道,从安全和高效2方面对其开展爆破技术研究,通过优化炮孔参数,合理设计装药量、装药结构、填塞方式及起爆顺序,提出一套适用于高强瓦斯巨厚煤层组隧道的安全高效爆破技术。结果表明,通过优化爆破施工方案,使隧道开挖轮廓面清晰平整,围岩超欠起伏差在5~10 cm,爆破效果较好;同时爆破作业后,隧道内瓦斯浓度超过0.5%的报警值但未达到0.7%的断电值,仅需采取简单通风即可恢复到报警值之下并趋于稳定,避免瓦斯二次突出,可为类似工程提供借鉴与参考。

数值模拟法确定特厚煤层合理分层开采参数的研究

基于提高回采效率的考虑,针对具有缓倾斜特厚煤层赋存特点的栖凤煤矿5#煤层进行分析。可以认为,分层综采或者单一综放工艺都无法取得预期效果,故采取分层综放进行回采。首先通过顶煤冒放性分析,求得理论合理的分层厚度。由于相似材料模拟的限制因素,采取经济有效的有限元数值模拟软件对理论分层条件下的矿压规律显现进行模拟,验证了在此综放分层层厚及采放比的条件下有利于进行安全生产。对于相似矿井的回采方案选择具有一定的借鉴意义。

特厚综放工作面沿空窄煤柱尺寸研究

塔山煤矿原区段煤柱尺寸过大,资源损失严重,制约着矿井安全高效的发展,与塔山循环经济工业园理念背道而驰。针对塔山煤矿特厚3-5#煤8101综放工作面沿采空区合理窄煤柱留设,运用理论分析和数值模拟方法,确定了8101综放工作面沿空窄煤柱留设的最佳宽度为8m。根据工程实践表明在8m护巷窄煤柱支承下,8101综放工作面实现了安全高效生产,提高了不可再生资源的利用率和矿井经济效益。