薄煤层开采用刮板输送机低矮型机头传动部组件设计

针对薄煤层开采用刮板输送机常因机头卧底量较小、下三角煤割透能力较差而增加开采难度的问题,提出了一种可适应薄煤层开采的低矮型机头传动部组件。该机头传动部组件采用标准6齿链轮组件,可适应φ30 mm×108 mm规格圆环链,总功率可适配到400 kW,能满足薄煤层220 m长运距的输送要求,且该机头在工作之中完全能满足巷道自适应的要求。

碎软煤层双管定向钻具自动加卸系统关键技术与应用

为提高双管定向钻进钻孔施工时钻具加装和拆卸的自动化水平,提高装卸效率,开发一种双管自动加卸装置,实现不同工况下钻具的全自动装卸,解决双管定向钻进过程中钻杆和套管的同时加装和拆卸的技术难题,完成装置结构和控制系统的设计,运用末端柔顺技术,限制施工过程中装置承受的载荷,明确控制程序关键边界条件,制定不同工况下钻具自动装卸施工工艺流程。在安徽淮北矿业祁南煤矿展开工业性试验,试验顺利完成4个钻孔的施工,共进尺1170 m。试验过程中双管自动加卸装置运行平稳,能够满足不同工况下钻具组合的加装和拆卸需求。将原本需要2~3人密切配合才能完成的钻具组合自动装卸工作,变为依靠程序控制自动完成,钻杆和套管同时装卸和单独装卸平均效率较人工装卸分别提高了350%和110%,保证了双管定向钻进综合施工效率,减少了作业工人数量,降低了工人劳动强度,保障了施工安全。试验结果表明:双管自动加卸装置运行稳定可靠,施工工艺流程合理,装置各项性能满足双管定向钻进需求。研究成果为双管定向钻孔施工钻具的自动装卸提供了技术和装备支撑,为双管定向钻进技术在煤层气开采相关领域的推广应用奠定了基础。

煤巷掘进工作面声发射监测传感器超前布设工艺研究

为实现对煤巷掘进工作面掘进过程声发射监测信号的有效采集,确保监测效果真实可靠,对煤巷掘进过程声发射监测传感器超前布设工艺进行了研究。在掘进工作面本煤层顺层钻孔与底板巷穿层钻孔安装传感器,考察监测工艺可行性以及监测信号的有效性与真实性。研究结果表明:可伸缩式弹性倒爪机构可实现传感器在顺层与穿层钻孔内的有效安装,但基于工程现实客观条件,底板巷穿层钻孔安装传感器更具可行性;同时通过该传感器所采集的监测信号更接近煤岩体内产生的真实信号,从而确立了煤巷掘进工作面声发射监测传感器宜采用底板巷穿层钻孔布设的安装工艺,该工艺可有效提升监测信号真实性与可靠性,并进一步完善了煤巷掘进工作面声发射监测技术体系。

注气驱替抽采瓦斯技术在高瓦斯突出矿井煤巷掘进中的试验

对于低透气性突出煤层采用常规瓦斯抽采方法，掘进速度较慢。通过分析注空气对瓦斯抽采钻孔增流、煤层瓦斯驱替，以及煤层增透的多重效应，结合山西某矿掘进工作面实际条件，分析了掘进工作面注气驱替强化抽采瓦斯技术及其试验效果。现场实践表明：注气后瓦斯抽采纯量为注气前的1.04～9.44倍，工作面措施效果检验指标KhAh2值分别降低了9．7％和18．1％，月进度提高了110．7％，可为低透气性突出煤层巷道安全快速掘进提供参考。

高瓦斯煤层综掘工作面瓦斯涌出特征及影响因素分析

针对山西天池煤矿高瓦斯煤层综掘瓦斯超限问题,分析了连续掘进煤巷煤壁和落煤的瓦斯涌出特征.随煤巷长度的增加,煤壁绝对瓦斯涌出量趋于稳定,煤壁瓦斯涌出有一个极限排放时间和极限长度问题,迎头绝对瓦斯涌出量与综掘落煤量基本成比例增加;统计确定受构造和综掘落煤的影响迎头和回风平均瓦斯涌出不均衡系数分别为3.38和2.05,统计结果为今后天池煤矿综掘工作面合理配风量的计算和瓦斯治理技术应用提供依据.

近煤层岩巷掘进中防治煤与瓦斯突出技术研究

为了保证近煤层岩巷的安全快速掘进，采用FLAC加分别对煤层距巷道底板5，10m时的情况进行了数值模拟，研究了近煤层岩巷掘进工作面前方岩层、煤层的应力分布规律，结果表明：煤层距巷道底板5m时，前方5～20m为煤层应力集中区；煤层距巷道底板10m时，其应力集中区在10～25m，其应力峰值处在煤层距巷道底板5m时的集中应力区与原始应力区的交界处。根据煤层应力集中区情况，建议煤层距巷道底板5m时必需采取防突措施，防突长度为掘进工作面前方20m，并进行了合理的钻孔设计。

上覆薄煤层采空区公路隧道开挖稳定性试验研究

隧道下穿煤层采空区施工将对周围地层产生扰动,影响隧道围岩及初期支护的稳定性.进行了上覆薄煤层采空区隧道开挖的室内相似模型试验,试验中通过测量隧道开挖过程中采空区地层、隧道拱顶的沉降及初期支护内力等参数,对上下台阶法和单侧壁导坑法进行了对比分析.测试结果表明,隧道开挖引起的采空区地层沉降受开挖方法的影响显著,上下台阶法开挖引起的采空区地层沉降高于单侧壁导坑法,沉降槽曲线较陡、沉降范围更宽.两种开挖方法中,围岩压力的最大值均位于右拱脚处,钢拱架最大弯矩出现在拱脚处,最大轴力位于拱腰或拱肩处.其它条件相同时,采用单侧壁导坑法开挖时初期支护背后的围岩压力、钢拱架内力和偏心距等普遍大于上下台阶法开挖.研究表明在隧道下穿倾斜煤层采空区施工时,采用单侧壁导坑法开挖可以显著减小对采空区地层及围岩的扰动,但同时需增强初期支护的刚度,确保围岩及隧道结构的整体稳定性.

掘进面沿顶钻进消突力学模型及配套钻具研究

对于掘进具有突出危险性的高应力易塌孔煤层,面临着掘进工作面消突困难问题.为解决煤巷掘进工作面快速掘进这项技术难题,提出沿顶钻进区域性消突方法,通过建立沿顶钻进力学模型,从力学的角度分析沿顶钻进施工后,掘进工作面煤孔解放层周围应力变化情况,验证该方法的可行性;研制高强度、高韧性钻具,完成配套的沿顶钻进工艺装备,为现场工业性试验提供完备的技术和装备支持.研究结果表明,沿顶钻进能够有效避免塌孔,有利于煤体应力释放,是解决掘进工作面难以施工钻孔、快速消突的有效技术手段.

突出煤层综掘工作面湿润剂高压喷雾降尘应用

针对突出煤层综掘工作面粉尘浓度高、除尘风机无法使用、粉尘治理困难的问题,以平煤八矿己_(15)-21030风巷综掘面为切入点,开展了突出煤层综掘面湿润剂高压喷雾降尘的应用研究,分析了湿润剂高压喷雾降尘机理,介绍了一种综掘面湿润剂高压喷雾降尘系统及其工作原理,并进行了现场试验。结果表明:该喷雾降尘系统在掘进机司机处的平均降尘效率比低压喷雾和普通高压喷雾分别提高10%~20%。

基于离散元分析的夹矸煤层硬岩掘进机载荷分析

考虑到硬岩掘进机作业时经常会穿越一些多种地质条件共存的工况环境,使得传统的分析方法得不到更为准确的刀盘载荷,文中使用EDEM三维离散元仿真软件建立夹矸的复杂地质条件,并使用ANSYS与EDEM联合仿真方法得到硬岩掘进机的刀盘受力情况,采用黏结模型Hertz-Mindlin来模拟煤岩的物理状态。同时用Archard模型来模拟颗粒和外壳接触模型,借助于Add-in在有限元分析软件中所嵌入的耦合接口,在有限元分析软件读入截割载荷的过程中,同步构建与结构分析模型的联系。最后通过不同地层条件下的刀盘载荷仿真可知,随着夹矸层比例的增大,硬岩掘进机刀盘承受的载荷越大,即需要提供的驱动载荷越大;随着夹矸层位置越靠近刀盘中心,硬岩掘进机刀盘承受的载荷越小,即需要提供的驱动载荷越小;当夹矸层由竖直变为水平时,硬岩掘进机刀盘承受的载荷逐渐增大,即需要提供的驱动载荷逐渐增大。

双巷掘进工作面中间煤柱瓦斯流动理论分析

为了加强双巷掘进工作面的通风管理,分析了双巷掘进工作面中间煤柱瓦斯流动特点并建立了有限流场瓦斯流动的理论方程,根据边界条件和初始条件并运用数学物理方法求出理论方程的解析解,得出了描述中间煤柱瓦斯压力分布的计算公式,推导出计算中间煤柱煤壁单位面积瓦斯涌出量的公式,并利用端氏煤矿实测数据对公式进行了计算。结果表明:煤壁瓦斯涌出量的大小取决于煤层原始瓦斯压力、煤层透气性系数、煤层瓦斯含量系数和煤壁暴露时间;采用瓦斯涌出量计算公式算出的中间煤柱煤壁瓦斯涌出量符合现场的瓦斯涌出特征,其计算值与现场实测值的相对误差小于10%。

薄煤层炮掘巷道履带式煤岩装载机的研制

为解决我国煤矿薄煤层半煤岩炮掘巷道装载机械化,提高装载效率和巷道掘进速度,提出研究开发薄煤层半煤岩巷道中使用的履带式煤岩装载机。介绍了履带式煤岩装载机结构组成和工作原理,并着重对装载机构、行走结构、运输结构以及冷却系统进行阐述,对装载试验情况进行介绍。

突出煤层掘进工作面前方集中应力带的确定

对于有突出危险的煤巷掘进工作面有必要确定出工作面前方的集中应力带的范围。通过对乌兰矿突出煤层掘进工作面机巷打钻及防突预测中的钻屑量实测数据的分析,确定了集中应力带的范围为掘进工作面前方5~16 m。

三软突出煤层掘进防突钻孔设计

为了预防煤巷掘进过程中发生煤与瓦斯突出事故,根据相应的技术规范,针对三软突出煤层中煤巷掘进防突的特点,对马池煤矿11031运输巷掘进中的效果检验钻孔、超前释放瓦斯钻孔、超前卸压控制钻孔、巷帮挂耳抽放钻进行了参数设计。采取防治突出技术措施以后,经效果检验发现:钻孔瓦斯涌出初速度q的最大值由9.5 L/min下降到3.2 L/min;钻屑量S的最大值由6.3kg/m下降到5.4 kg/m。

基于截流“钻墙”的厚煤层煤巷掘进地质探测技术及工程应用

为提前探测厚煤层掘进工作面前方煤厚变化和隐伏构造等地质异常,基于截流"钻墙"治理瓦斯的技术优越性,提出利用截流"钻墙"抽采工程超前探测掘进工作面前方煤厚变化和隐伏构造的技术。首先通过设计"立体式"连续控制煤层顶(底)板的瓦斯抽采钻孔,分析施工过程中钻孔长度的异常变化,对隐伏构造初步探测;然后利用"挂耳式"抽采钻孔,进行地质异常的补充探测;结合工作面瓦斯监测监控数据,运用地质分析法,综合预测掘进工作面前方可能出现的煤厚变化和隐伏构造。结果表明,应用该技术能够探明工作面前方落差0.8 m的断层,指导掘进工作面瓦斯均衡抽采,提高工作面的掘进速度。矿井在应用截流"钻墙"抽采煤层瓦斯的过程中,为了避免因煤层隐伏构造引起的瓦斯抽采不均衡问题,可以通过对截流"钻墙"抽采钻孔资料的搜集分析,预测出工作面前方存在的隐伏构造,及时优化抽采钻孔布置方式,保障瓦斯均衡高效抽采。

高效辅助运输装备在煤巷掘进面的应用

三软不稳定煤层掘进面地质变化大、支护材料规格及重量不断增大,原有的辅助运输方式已制约快速掘进。在煤巷掘进面有轨区段采用无极绳连续牵引绞车运输,达到一部绞车不换绳钩的连续直达运输,在里段无轨区段采用电动单轨吊实现从料场到掘进面的机械运输,实现辅助运输安全高效,极大地减轻了职工的劳动强度。

双管定向钻进技术在祁南矿313工作面的应用

针对祁南矿313工作面碎软煤层中顺煤层长钻孔施工时,煤层倾角大和32#煤碎软的问题,利用双动力头钻机及配套钻具,开展钻杆、套管双管定向钻进工艺研究;通过关键设备选型、钻杆和钻杆钻头、套管和套管钻头钻具选配、风动定向钻进工艺参数优化以及提出钻杆在套管内大直径筛管护孔等方法及试验,有效提高顺煤层钻孔深度,实现顺煤层长钻孔轨迹可控,并提高了地层适应性。

高瓦斯煤层综掘工作面风流-粉尘两相流动特性

为解决压入式通风条件下高瓦斯煤层综掘工作面粉尘质量浓度高的问题,以山西潞安集团漳村煤矿2601综掘工作面为研究对象,基于气固两相流理论,通过编程计算综掘工作面气载粉尘运移过程,研究了综掘工作面气固两相流动特性,结果表明:在压入式风筒出口与综掘工作面之间存在一个“负压区”,其影响范围随风筒出口风速增大而增大,而中心压力随风速增大而减小。该负压区导致沿综掘工作面回风侧煤壁运移的部分粉尘流分别在掘进机上方涡流、后方回流的携带作用下,从掘进机右侧和后部流经掘进机司机周边,往风筒出口方向运移,导致司机右侧、后部以及进风侧距综掘工作面2.5 m区域的粉尘浓度较高。当风筒出口风速低于17 m/s时,回流粉尘环绕掘进机形成平均质量浓度为300 mg/m 3的粉尘带;当风速高于17 m/s时,粉尘带平均质量浓度急剧下降,回流粉尘在进风侧距综掘工作面2.5 m的区域积聚,形成平均质量浓度高于300 mg/m 3的粉尘团。因此,应在高瓦斯综掘工作面掘进机的回风侧设置粉尘拦截装置,截断粉尘的扩散路径。同时,需在掘进机的后部设置覆盖工作面断面的除尘装置,对沿回风侧运移的粉尘进行二次拦截,阻挡掘进机后方粉尘回流,提高综掘工作面的能见度。

复合厚煤层巷道掘进冲击地压机制及监测预警技术

针对我国西部矿区复合厚煤层工作面掘进期间煤粒弹射现象频繁、震动持续时间长、冲击破坏范围集中在掘进工作面附近的特点,以新疆硫磺沟煤矿复合厚煤层巷道掘进为工程背景,采用现场调研、理论分析和现场监测等方法,对复合厚煤层掘进工作面煤粒弹射和冲击地压发生机制及监测预警技术进行了研究。复合厚煤层掘进工作面频繁发生煤粒弹射和冲击地压的主要原因是巷道开挖后围岩中软煤部分会快速卸荷破坏产生煤粒弹射现象,软煤破坏后导致硬煤局部产生剪应力集中,当应力集中程度超过硬煤极限强度时,硬煤发生剪切失稳破坏,进而诱发掘进工作面冲击地压。现场监测结果表明,复合厚煤层掘进工作面冲击前后煤体应力及锚杆索压力监测无明显征兆,地音监测能够捕捉到冲击地压信息,但复合厚煤层工作面掘进期间频繁煤粒弹射产生的众多小能量震动事件严重影响了地音监测预警结果的准确性。据此提出了基于“地音大事件”概念的监测预警方法,即只监测对掘进工作面冲击地压有明显影响的大能量地音事件,这些地音事件具有的明显特征为发生的总频次相对较低,但总能量较高,根据统计分析,将(4-5)04胶带巷掘进工作面能量大于1000 mV的地音称之为地音大事件。通过与原预警方法进行对比,基于“地音大事件”概念的预警方法预警准确率更高,也更符合现场实际情况。

急倾斜立槽煤掘进工作面冲击地压的分析

根据大洪沟煤矿近2年来发生的强矿压显现的特征,经论证将该强矿压认定为冲击地压。针对大洪沟煤矿急倾斜立槽煤水平分段布置工作面的特点,通过分析采掘工作面发生冲击地压的现状、条件、环境、特点,研究在这种条件下发生冲击地压的机理、防治措施。结论表明,大洪沟煤矿冲击地压是水平应力、垂直应力和上方采动应力叠加引起的,采取顶底板卸压爆破、煤层注水、底板开槽卸压、避免回采和掘进交叉等措施防治掘进工作面冲击地压是有效的。