基于随机森林算法的薄煤层工作面开采效能预测研究

薄煤层开采环境恶劣,开采效能受井下多种因素影响。为研究各因素对开采效能的影响程度,预测薄煤层开采效能,首先,从130个已开采薄煤层工作面中提取了煤层厚度、工作面长度、煤层平均倾角、煤层硬度、煤层断层、煤层顶底板、煤层水文、煤层夹矸、瓦斯矿井类型、煤层自燃性、煤层稳定性、煤层层状起伏、采煤工艺、工作面月产量和工作面主要装备等15种开采效能影响因素,将其详细划分为20个影响因子;其次,筛选了37个数据较完整的工作面样本,并基于随机森林算法、网格搜索法和3折交叉验证法训练了薄煤层工作面开采效能最优预测模型,其测试集准确率约95.2%,R2为0.924;同时,最优模型绘制了开采效能影响权重图,月产量、采煤机装备、工作面长度和煤层厚度对开采效能影响较大,其他参数影响较小;最后,以双阳煤矿某薄煤层工作面为例,对其开采效能进行预测,并从工作面产量、工人工效和装备利用率三方面对预测值进行理论校验,校验结果在随机森林模型的预测范围内,验证了随机森林开采效能预测模型的可靠性,为薄煤层工作面开采设计提供了一种参考。

浅埋极薄煤层无煤柱开采覆岩运移与地表损伤特征研究

为了探究浅埋极薄煤层切顶卸压无煤柱开采与常规留煤柱开采覆岩运移与地表损伤区别,以子长矿区浅埋极薄煤层为背景,基于关键层理论,得到了硬岩破断距及覆岩的垮落高度临界值的计算公式,结合3DEC数值模拟及现场试验,对比分析了无煤柱开采与留煤柱开采条件下浅埋极薄煤层覆岩运移破断及地表损伤特征,确定了极薄煤层覆岩两带高度。结果表明:当工作面回采达到60 m时,两带发育高度基本稳定,当大于60 m时,工作面后方覆岩裂隙由开裂逐渐闭合,裂隙区随工作面回采向前方移动,两带高度稳定在24.6~27.7 m;相较于常规留煤柱开采,切顶留巷无煤柱开采方式下覆岩呈连续移动变形,可有效修复煤层开采工作面两侧非连续移动变形导致的覆岩裂隙及地表损伤裂缝,消除了常规留煤柱开采方式下相邻工作面间区段煤柱两侧覆岩裂隙,现场观测较好地验证了该结果。

基于薄煤层开切眼的锚网索联合支护研究与应用

为提高薄煤层工作面回撤速度,更加安全高效地实现薄煤层工作面的开采。以平煤二矿己17-23010开切眼为对象,研究该开切眼开采前后顶板的破坏机理,并探索锚网索联合支护下开切眼巷道的支护效果。研究表明,开切眼顶板岩体的失稳源于开采扰动的影响,在轴向力和岩体自重的双重影响下发生失稳破坏;与传统的棚式支护相比,锚网索联合支护能极大提高薄煤层开切眼的安全性并提高开采效率,因此建议在薄煤层开切眼中推广采用该种支护。

薄煤层采煤装备输料模块设计与关键件校核计算

针对目前煤炭行业缺少薄煤层采煤装备的现状,完成了薄煤层采煤装备总体方案的设计,重点介绍了输料模块结构,确定了输料螺旋为输料模块的关键件。运用ANSYS Workbench有限元仿真分析软件,开展了输料螺旋的强度和刚度计算,输料螺旋结构最大工作应力数值为287.33 MPa,低于材料的许用应力;最大变形量数值为0.739 9 mm,相较于结构整体尺寸可以忽略,满足使用要求。

综采工作面薄煤层开采矿压显现规律研究

针对超长综采工作面回采时矿压显现比较剧烈,易发生煤壁片帮、冒顶压架等事故,以补连塔煤矿454 m超长综采工作面薄煤层开采为研究对象,根据现场实际观测和对支架压力数据分析,对454 m超长综采工作面回采过程中矿压显现规律进行了研究,总结了工作面直接顶初次来压时的压力显现情况以及基本顶初次来压和周期来压时的压力显现情况和来压步距,为类似条件的工作面开采提供一定的借鉴。

YRG3极薄煤层采煤机关键部件静力学分析

以YRG3极薄煤层采煤机为研究对象,分别介绍了截割模块用户输料模块静力学分析有限元分析方法。有限元分析时,先构建出各模块模型、划分网格、确定接触类型,然后对各模块的静力学特征进行分析,以此判断各模块的强度与刚度,为采煤机关键部位的设计提供支持。

薄煤层采煤机双轴螺旋部件静力学与模态分析

以MZ110/235型采煤机为研究对象,介绍一种基于有限元分析的薄煤层采煤机双轴螺旋部件静力学与模态分析方法。将双轴螺旋部件规格尺寸、材料特性等相关参数添加到CREO软件内,由此构建出螺旋部件三维模型,并通过ANSYS软件划分网格与添加载荷后,自动对螺旋部件的静力学特性与模态特性进行分析,以此寻找出螺旋部件的薄弱点,为螺旋部件结构的优化设计提供支持,使整个采煤机更好地运行。

薄煤层综合机械化采煤技术研究

中国许多矿区都有着丰富的薄煤层储量,实现薄煤层的机械化开采具有重要的意义。首先,分析了薄煤层开采面临的问题,主要包括巷道掘进困难、煤层厚度变化大和对自动化程度要求高等。然后,探讨了目前薄煤层综合机械化开采所需的关键技术。可以为薄煤层的高效开采提供一定的参考。

基于覆岩破断特征的极薄煤层工作面支架工作阻力确定

延安子长矿区极薄煤层分布广泛,因赋存煤炭为稀缺配焦煤,回采价值较高,但该矿区未有过开采极薄煤层的先例,开采过程中面临支架选型不合理的问题,且国内在该方面的研究成果较少,因此,以禾草沟二号煤矿极薄煤层综采工作面为背景,通过数值模拟、理论分析等研究了极薄煤层综采工作面顶板覆岩结构破断特征及其演化过程,建立了采场顶板岩梁断裂前后力学解析模型,获得了极薄煤层综采工作面直接顶周期破断距,确定了合理支架工作阻力。结果表明:极薄煤层工作面开采初期顶板垮落后会较快的对上覆岩层形成支撑,至顶板极限跨距后,直接顶与基本顶周期破断,且基本顶破断位置位于直接顶破断线前方,两者间存在离层空间,共同回转下沉;工作面液压支架主要受直接顶回转载荷作用,其作用载荷为3 980.89 kN,确定支架选型为ZZ4000/6.5/13D四柱支撑掩护式液压支架;现场应用后,可以有效发挥支架支护性能,满足采场围岩控制要求。研究成果为国内极薄煤层开采工作面支架选型提供了一定的参考。

司马煤业薄煤层工作面设备选型分析

为了实现对司马煤业薄煤层煤炭资源的有效回收,以8-2号煤层8101首采工作面为工程背景,在对地质赋存条件进行分析的基础上,首先确定工作面的参数,并对工作面综采设备进行选型,使采煤机、液压支架、刮板输送机“三机”配套满足技术要求,并选择适合的转载机及胶带输送机,组成完整的运输系统,满足工作面安全生产的需要。

极薄煤层端头支架与巷道围岩数值模拟

根据双阳煤矿极薄煤层巷道地质条件,设计了极薄煤层端头支架,分析并计算该支架主要承受的静载荷、动载荷、冲击载荷;运用3DEC软件分析极薄煤层巷道在有、无极薄煤层端头支架支护条件下围岩应力云图以及支护过程中受力曲线,从而确定合理的工作阻力。数值模拟结果表明:在水平、垂直应力场中巷道围岩应力减少20%;确定极薄煤层端头支架工作阻力为3 000 kN;支架随距离不断增加,受力整体趋势增加。

薄煤层智能化工作面过复杂地质构造带的研究

翟镇煤矿11503工作面为15层东翼首采智能化工作面,推进过程中工作面揭露F19断层(123°∠70°,H=15 m),运输巷揭露F16断层(136°∠70°,H=1.8~2.8 m),存在现场断层落差大、运输巷顶板破碎、重型设备防滑难度大、人员安全站位风险高等一系列问题。通过理论研究、现场试验、方案优化等方法,制定合理的挑顶方案、炮眼优化方案和运输巷注浆方案以及大型重装设备防滑技术等,实现了工作面与运输巷顶板的稳定及安全高效推采过断层,打眼施工效率提高40%,正规循环提高100%,推进速度保证在1.2m/d,解决了重型设备防滑及电液控设备防护的技术难题。

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。

薄煤层采煤机大截深开采技术研究与应用

针对部分薄煤层工作面通过增大滚筒截深来提高开采效率和减少工人劳动强度的需求,建立了折算单刀开采效率计算模型,对开采效率提高影响较大的装煤效果和牵引速度深入研究分析,并提供两个具有代表性的应用案例。本文研究为矿方研究其通过增大截深提高开采效率的可行性提供分析思路,同时也对薄煤层大截深开采技术的发展有一定的指导意义。

煤炭综采工作面薄煤层液压支架抬底机构研究

为解决工作阻力在8 000 kN以上的薄煤层液压支架前行人通道宽度与抬底机构布置形式及抬底量之间的矛盾,将杠杆机构引入抬底机构中,在分析了该种抬底机构的位置及组成基础上剖析了其关键技术。实际应用效果表明,该机构可以很好地解决行人通道与抬底形式及抬底量之间的矛盾,为工作阻力在8 000 kN以上的薄煤层支架抬底机构形式提供了一种参考。

深埋薄基岩厚煤层工作面开采论证与液压支架选型研究

为保障深埋薄基岩厚煤层工作面安全高效生产,本文结合郭屯煤矿三采区地质条件,从安全、技术、环境和经济方面对采煤工艺进行了四位一体化的分析论证,并对液压支架进行选型,利用数值模拟软件验证了工作面液压支架设备配套的可行性。研究结果表明:薄基岩厚煤层工作面采用一次采全高采煤工艺相较于放顶煤工艺具有良好的的经济效益;工作面选用基本液压支架为ZY13000/28/63D型支架能够满足工作面的正常回采要求。深埋薄基岩大采高综采面设备配套将为矿井的安全高效生产提供保障。

转龙湾矿浅埋薄基岩厚煤层双巷掘进巷间煤柱合理尺寸研究

鄂尔多斯矿区浅埋薄基岩厚煤层工作面双巷掘进普遍采用19~30 m大煤柱护巷,煤炭资源损失严重。为确定转龙湾矿厚煤层23205工作面双巷掘进巷间煤柱合理尺寸,通过极限平衡理论分析得出合理最小煤柱宽度为11.38~20.94 m;采用FLAC^(3D)数值模拟分析了不同巷间煤柱宽度双巷掘进围岩应力、塑性区及位移分布演化规律。研究表明,转龙湾矿23205工作面巷间煤柱宽度最小合理尺寸为14 m左右,实际采用13.8 m巷间煤柱,实践表明巷道维护效果良好。

浅埋极薄煤层切顶留巷无煤柱开采技术应用研究

为提高极薄煤层煤炭资源回收,降低巷道掘进矸石产出,消除因煤层开采导致的地表生态破坏,采用理论分析、数值模拟和工程试验结合的方法,对浅埋极薄煤层切顶留巷无煤柱开采可行性进行了研究,对浅埋极薄煤层工作面切顶留巷参数进行了设计,并提出留巷围岩控制技术。沿空巷道实施切顶后,垮落顶板对上覆岩层形成有效支撑,同时留巷顶板形成短悬臂结构,降低覆岩活动对留巷围岩影响;与传统留煤柱开采相比,切顶留巷无煤柱开采技术能有效修复工作面两端覆岩裂隙发育及地表裂缝。现场实践表明:留巷形成后,工作面后方70~100 m两帮移近量在25~45 mm;切顶留巷无煤柱开采技术应用后,地表无明显裂缝产生,且提高了煤炭资源回收率,应用效果较好。

薄煤层短壁连采连充开采技术研究与实践

针对薄煤层“三下”压煤资源开采难题,对中等稳定围岩条件下的薄煤层短壁连采连充开采技术进行了研究,采用遥控薄煤层连采机结合单体液压支架进行长条带开采,采用膏体采空区充填法,实现顶板稳定控制,有效提升开采安全性和开采效率,显著降低开采成本。该技术首次在某煤矿进行了应用,每月回收煤炭资源超过1.5万t。

薄煤层开采综合机械化技术现状及发展

从国内外薄煤层开采综合机械化技术现状和发展过程出发,讨论和分析了国内外综合机械化的技术特点,以及国内综合机械化技术的差距,提出了薄煤层开采综合机械化的发展前景。