水力压裂技术在大柳塔煤矿52502工作面的应用

大柳塔煤矿52502工作面宽度129 m,日平均进尺达26 m,属于典型的短工作面开采,超强度回采和强承载力岩层使工作面开采之后直接顶不容易自然垮落,采空区形成大面积悬顶,造成工作面超前应力集中,进而引起片帮、压架、底鼓等问题。随着工作面不断向前推进,悬顶面积不断增大,顶板超出其极限承载力时发生大面积垮落形成飓风,造成设备严重损坏或人员重大伤亡,为矿井安全高效生产带来较大的安全生产隐患。为了保障正常安全回采,该矿联合中煤科工集团西安研究院有限公司共同研究提出:采用煤矿井下定向长钻孔双封单卡多点拖动式分段水力压裂顶板弱化技术,拟通过超前弱化煤层顶板结构,从而提高坚硬顶板的裂缝发育程度、降低顶板整体强度,现场应用效果良好,有效避免采空区形成大面积悬顶,为类似条件工作面提供借鉴和参考。

大柳塔煤矿五盘区DDF2断层构造的探测研究

煤矿地质探测工作中对断层构造的探测十分重要,提前探测出断层位置及赋存参数对确保矿井安全生产具有重要意义。为进一步验证大柳塔煤矿五盘区DDF2断层构造,在地面布置施工钻孔3对6个(D304、D305、D306、D307、D308、D309),进一步查明DDF2断层的断距、延展方向及延伸长度,为52506工作面开采提供可靠的依据。结果表明:DDF2断层存在,且位于D304钻孔和D305钻孔之间5-2煤底板断层落差为0~5.01 m,位于D306钻孔和D307钻孔之间5-2煤底板断层落差为3.60 m。DDF2断层活动从东南向西北方向逐渐加强,断层活动开始于东南方向,逐渐向西北方向迁移、加剧到最后尖灭。

小气旋除尘过程的气固两相流研究

气旋装置作为一种重要的气固分离设备,被广泛应用于矿山、环保等领域的工业除尘。气旋装置结构设计直接影响其除尘效率。设计了一种小型气旋装置旨在为矿工个体防护提供帮助,基于CFD-DPM方法,对气旋装置的旋风分离过程进行了系列模拟与相关实验研究,考察了气旋装置中气相场的时空分布与粉尘在气旋装置内的分布特征,研究结果表明:含尘气流在气旋装置中形成了主流方向不同的内外旋流流场结构;排气管下口处存在“短路流”,圆锥形筒体部分出现了明显的“摆尾”现象;径向上的动压分布曲线呈明显的“驼峰”形分布,不同粒径的粉尘在气旋装置中的时空分布和运动轨迹存在明显的差异;该气旋装置对粉尘的捕集率随颗粒粒径的增大而增加;排气管高度对捕集率影响显著。

大采高综采工作面回撤通道顶板稳定性及控制研究

以大柳塔煤矿活鸡兔井22311综采工作面回撤通道为研究背景,采用理论计算和FLAC3D数值模拟软件分析得出回撤通道煤柱失稳临界宽度约为4 m;“长关键块B”的长度约为21 m,建立了回撤通道顶板“长关键块”结构力学模型,推导出综采工作面最大“长关键块”作用下液压支架临界阻力表达式,计算得出液压支架的临界阻力为10526 kN,支架临界阻力富余系数(额定阻力/临界阻力)约为1.14;针对液压支架临界阻力富余系数不足易诱发邻架压架、恶性冒(漏)顶或片帮等剧烈矿压事故的问题,提出采用锚杆索联合支护、停采让压、补强加固的多技术手段共同控制回撤通道围岩的稳定,并用于现场试验,取得了较好的控制效果。该研究为该矿井及类似条件矿井回撤通道的稳定控制提供了参考意义。

特厚煤层综放开采顶煤冒放影响因素及合理采放比研究

基于西北某矿8209工作面的围岩地质条件,对特厚煤层综放开采顶煤冒放性的影响因素进行分析,显示顶煤的冒放性与煤体强度、煤层埋深、煤体裂隙发育、夹矸及顶板条件相关。根据综放工作面顶煤冒落充分松散的必要条件,计算得到采煤高度不低于3.2 m,并利用数值模拟软件FLAC3D研究不同采高下超前支承压力的分布规律及顶煤破坏特征。结果显示,采高3.9 m时,工作面超前支承压力峰值最大,影响范围最大,顶煤能够完整的破坏;但当采高大于3.9 m时,随着采高的继续增大,煤壁加剧破坏,不利于工作面前方的稳定性,因此采高为3.9 m时的采放比(1∶3.514)最合理。

神东矿区首次成套智能化快速掘进系统过断层工艺研究

为了缓解采掘失衡、效率低、用人多、装备老旧化、施工工序多的问题,从而达到采掘有序接替、装备智能化、掘进快速化,实现矿井安全高效有序生产,针对掘进工作面过断层时存在安全隐患大、煤质差和粉尘浓度大等问题,提出了智能化掘进系统过断层工艺,得到:①掘锚机→锚杆转载机组→带式转载机→胶带输送机成套掘进装备,实现掘锚一体、锚运破一体掘进工序,提高支护效率、降低人工支护强度、减少支护产生的粉尘及设备移动频率。②智能化集控操作系统由工作面集控中心、区队集控中心和调度集控中心构成,均可对掘锚机、锚杆转载机组、胶带输送机、局部通风机、除尘箱及配电碉室、照明、通信、摄像头和排水设施等设备进行远程控制。集控中心主要由5G技术、传感器和摄像头对设备进行远程控制,实现自动割煤、行走、喷雾除尘等动作,达到“无人则安”境界。③通过FLAC3D数值模拟软件对成套智能化掘进系统快速过断层处支护设计参数进行模拟分析,采用“圆钢锚杆+钢筋网+锚索+W钢带”联合支护的方式后围岩控制效果良好,对同类地质条件下快速过断层有一定借鉴意义。

大柳塔煤矿52606运输顺槽破碎围岩支护技术研究

要针对大柳塔煤矿52606运输顺槽破碎围岩易发生冒顶及片帮等问题,提出了巷道顶板采用“钢筋网十圆钢锚杆十锚索十元型钢带”,两帮采用“塑料网十玻璃钢锚杆”的支护方式,设计并校核了支护参数,制定了矿压监测方案,以期为破碎围岩巷道支护技术提供借鉴参考。

掘进工作面智能化建设分析与设计

随着中国制造2025国家战略的提出,我国掀起了一股煤矿智能化建设的热潮,按照党中央国务院决策部署,各大院所、协会、装备制造商及煤业集团已经基本形成了对煤矿智能化建设的初步共识,并陆续出台了相应的煤矿智能化建设标准和指南。国家能源集团认真落实八部委《关于加快煤矿智能化发展的指导意见》,围绕该指导意见率先制定了《煤矿智能化建设指南》,用以指导各单位煤矿智能化建设。重点描述掘进工作面智能化建设分析与设计,叙述了目前煤矿掘进系统智能化现状及趋势,智能化建设目标及展望,智能化关键技术攻破及瓶颈技术攻关,并整体从标准体系、感知网络、传输通道、应用中心、云服务平台的技术架构进行阐述,从智能化掘进装备感知操控技术到自主掘进协同作业场景进行分析与设计,并分初级、中级、高级智能化建设原则先试点后推广,实现从环境感知、大脑决策、平台执行智能化掘进,实现少人、无人安全高效绿色智能生产。

近距离复合采空区煤自燃灾害防控技术

针对近距离复合采空区煤层易自燃的难题,提出了近距离复合采空区煤自燃灾害防控技术体系,分析了近距离复合采空区地表外部漏风严重、井下内部漏风通道多和层间相互影响大等特点,结合“以防为主、重点治理、防治结合、综合管控”的防灭火原则,提出了火灾风险三步管控法“超前规划,过程管控,监控有效”及“快掘快采快撤快闭”的防灭火理念,详细阐述了近距离复合采空区煤层易自燃的原因。采取分布式光纤测温和红外束管气体分析监测煤层自燃,通过开采前超前规划防灭火措施,开采中堵漏灌浆注氮,开采后均压减风等措施吸热降温,形成了“早期识别、控制遗煤、减氧抑温、吸热降温”的核心技术体系。通过现场实践结果表明,神东矿区近距离复合采空区下工作面日推进度应大于8 m,可以有效减小采空区“自燃三带”范围、减少采空区漏风。自主研制的隅角支架可伸缩挡风板,可以减少采空区漏风;提出了基于双元示踪技术的近距离复合采空区漏风检测方法,确定采空区走向漏风范围长度为85 m,工作面地表漏风范围长度为145 m;综合采用红外束管气体监测系统及分布式测温光缆实时监测系统,实现了矿井煤自燃气体-温度的有效监测,可在第一时间掌握“萌芽”时期各项数据,为前期预防、后期治理提供可靠信息。研究成果可对近距离复合采空区煤自燃灾害的防治具有一定的借鉴意义和实用价值。

大采高综采工作面沿空留巷防灭火实践

采空区自然发火是煤矿安全生产中重大的制约因素,严重影响煤矿的高效生产和矿工的生命安全,因此,采空区防灭火技术的应用显得尤为重要。以大柳塔煤矿52605综采工作面为例,在4 m以上大采高综采工作面中采用加固沿空留巷墙体堵塞漏风,对采空区进行注氮、注浆,改变通风系统,红外束管采气监测多种技术手段防止自然发火现象的发生,实现沿空留巷无煤柱工作面安全回采。

浅埋藏复合采空区防灭火技术研究

根据神东矿区大柳塔煤矿浅埋深复合煤层开采的特点,以大柳塔煤矿12煤综放工作面为例,深入分析浅埋藏复合采空区、矿井工作面正压通风系统、复合煤层工作面采掘部署情况,结合12煤自然发火特性、复合采空区监测数据、采空区遗煤及下分层工作面巷道上覆高位遗煤分布情况,研究复合区下分层开采工作面采空区漏风规律,综合判定12煤复合区下分层工作面回采过程中采空区易自燃区域。考虑工作面实际回采参数,坚持预防为主的原则,制定了相应的综合防灭火技术措施。利用矿井现有自然发火束管监测系统、光纤测温系统及安全监测监控系统,采取地面钻孔预防性注浆、固定注浆站注浆、采空区注氮、巷道断面喷浆、红外热成像仪测温、巷道架棚支护、地表裂缝重复回填等井上下综合性预防措施,设计地面钻孔注液态惰气等应急防灭火措施,为保证复合煤层下分层工作面安全回采提供技术支撑,充实了神东矿区浅埋深复合煤层开采防灭火技术体系。

大跨度厚煤层开切眼二次成巷快速掘进技术

针对大跨度厚煤层开切眼正常一次全断面掘进速度较慢、开挖易变形、围岩及巷道养护和通风及运输较困难问题,采用矿压理论分析、FLAC^(3D)数值模拟、巷道变形现场实测和工程实践应用,对神东大柳塔煤矿52607开切眼7.8 m大跨度厚煤层二次成巷快速掘进技术进行了深入研究,得到:(1)大跨度厚煤层切眼二次成巷快速掘进技术可以人为控制巷道掘进宽度及切眼贯通时间,尽快实现通风和运输系统的合理布置,使矿井生产更加安全高效有序;(2)大跨度厚煤层二次成巷的每一次掘进宽度、锚索布置、锚杆布置是实现快速掘进的关键;第一掘进宽度5.4 m恰好是掘锚机的最大宽度,可以有效发挥出设备的最佳性能,又能同时保证第2次要开掘的巷道不易片帮;(3)通过FLAC^(3D)数值模拟软件模拟两次成巷后的应力分布云图及塑性区,对比发现二次成巷后,开切眼巷道稳定效果良好,围岩变形量明显较小,在技术应用之后,实现了大跨度厚煤层二次切眼成巷快速掘进,并保证了巷道的稳定性及通风系统的尽早形成;(4)实践表明,采用二次成巷快速掘进技术和相适应的支护技术可尽快贯通该切眼,并能保证围岩的稳定性,为此类矿井安全高效有序掘进提供借鉴和参考。

基于邻近采空区泄压的均压瓦斯防治技术研究

大气压的异常变化,导致矿井巷道及工作面的气压降低,与矿井采空区内的气压形成压差,导致采空区的瓦斯及有毒有害气体通过漏风通道向巷道及工作面异常涌出,严重制约矿井的安全生产。分析了大气压变化导致矿井瓦斯涌出的治理措施,总结出均压防治措施是最实际的治理措施,通过对现有均压措施的分析,提出了一种基于邻近采空区泄压的均压瓦斯防治技术,研究了该技术的原理,通过模拟分析和实例验证了其可行性,并提出了该技术实现自动化控制的方案。

井工转露天采空区煤柱承载能力计算

以国能神东煤炭集团某矿为工程背景,由于井工开采期间采用房柱式采煤方法,造成大面积的地下采空区。转为露天开采后,采空区上部岩层被逐步剥离,覆岩安全承载能力逐渐减小,采空区塌落,重型设备掉入造成机毁人亡的安全隐患时刻威胁着安全生产。通过使用极限强度理论、威尔逊理论、单向应力法对采空区遗留煤柱的稳定性进行计算,分析230 t的采煤设备在其上部作业时采空区煤柱是否处于稳定状态,最后使用FLAC^(3D)软件对结果进行模拟,验证前面的计算结果,在实际开采过程中取得了巨大经济与安全效益,对其它类似煤矿采空区资源安全回收具有一定的借鉴作用。

柔模砼墙合理宽度设计及巷道围岩控制技术研究

以大柳塔煤矿52606工作面为工程背景,通过FLAC3D模拟软件对不同宽度柔模砼墙的稳定性进行了模拟,结果表明,柔模砼墙宽度的增加对巷道的维护起到很好的支撑作用,可以很好地改善巷道内作业的环境,宽度越小,巷道围岩破坏越明显,围岩力学性能越弱,承载能力越低。砼墙宽度为1.2m时,承载能力和范围扩大,巷道上方形成拱形应力圈,综合考虑人员安全、施工时间、作业空间、经济支出等,认为大柳塔煤矿52606工作面采用1.2m厚的砼墙宽度,同时具备经济性和安全性。

厚层顶板沿空留巷致灾机理及控顶技术研究

要本文以神东煤炭集团大柳塔煤矿52606综采工作面为工程背景,通过FLAC3D模拟软件,对不同支护参数沿空留巷的稳定性进行了研究,研究结果为:基本顶的断裂位置对沿空留巷煤壁侧的垂直应力分布、巷旁充填体的应力应变、围岩“小”结构及覆岩“大”结构的力学环境,均会产生显著影响。随着锚索直径的增大,巷道顶部应力集中区域在扩大;随着锚索长度的增加,其顶板的锚固范围增加;随着锚索支护密度的增加,巷道顶部应力集中区域也在扩大,并在锚索自由端形成应力集中。加强留巷的锚固支护,提高巷道围岩及充填体的整体强度,有利于沿空留巷的稳定。