乌兰木伦煤矿22201-1工作面过上覆集中煤柱矿压控制技术研究

工作面过上覆集中煤柱容易引发动载矿压和支架压死事故,以乌兰木伦煤矿222011工作面为工程背景采用理论分析和数值模拟相结合的手段,研究了工作面过上覆集中煤柱顶板破断及覆岩应力分布特征,结果表明:222011工作面过上覆集中煤柱期间,基本顶破断形成铰接结构,随着工作面继续推进,顶板应力集中区域显著扩大,垂直应力急剧增加,易引发动载矿压和支架压死事故。通过采取顶板超前水力压裂,计算合理开采高度,加强液压支架管理,工作面调斜及等压推进一系列技术措施,保障了工作面过上覆集中煤柱期间安全生产。研究成果可为相似工程地质条件下工作面过上覆集中煤柱提供借鉴。

神东矿区综采工作面上隅角瓦斯治理技术研究

为了解决神东矿区北部区低瓦斯矿井综采面上隅角瓦斯超限难题,保证综采工作面上隅角气体正常,采取多种形式瓦斯抽采治理技术,主要包含上隅角插管抽放、采空区密闭插管抽放和采空区钻孔埋管抽放工艺,瓦斯抽采率达到45%~64%,取得了很好的抽采效果,实现了对上隅角气体的有效管控。在抽采工艺应用过程中,优化了瓦斯抽放硐室设计,丰富了管路布置方式,同时配合采取辅助控制技术,工作面回采期间回风隅角瓦斯浓度显著降低,解决了综采工作面回采期间回风隅角瓦斯局部积聚超限的现场难题。

风化岩充水型煤矿水文地质勘查及水害危险性评价

风化岩裂隙发育,易向煤系中导水,给煤矿造成水害,以榆神矿区锦界煤矿为例,该矿井投产后,采煤工作面涌水量大幅超过预计,严重威胁矿井的安全生产。综合分析井上、下钻孔揭露地层岩性和测井资料后,初步确定直罗组风化岩水是工作面充水水源。水文地质勘查采取钻探及抽水试验为主,水文地质调查、测绘、遥感、电法、测井、采样测试等手段为辅的综合勘查手段,查明井田直罗组风化基岩裂隙含水层和萨拉乌素组沙层含水层为构成主要可采煤层的直接和间接充水含水层,第四系离石组黄土与新近系三趾马红土组成井田主要隔水层,土层局部存在“天窗”区。水文地质勘查准确划分了井田水文地质单元;对含隔水层的分布、厚度及组合结构进行了详细分析;通过抽水试验求取沙层含水层和风化岩含水层水文地质参数。结果表明,3^(-1)煤层采后产生的最大导水裂隙带高度为45.6 m,计算结果与探测工程获得数据基本相一致。依据正常基岩厚度、导水裂隙带最大高度(导水裂隙带高度+3倍采高)56 m、含水层富水性指数;参考“三图双预测”方法,将井田顶板含水层水害危险性划分为低危险区、中等危险区和高危险区,并提出了针对性防治水措施,为矿井防治水工作提供可靠依据。

基于分布式光纤监测的煤矿地下水库层间覆岩裂隙发育规律研究

多煤层开采岩层间裂隙发育是影响安全生产的重要因素,以神东矿区上湾煤矿工作面开采岩层间裂隙发育为背景,采用物理相似模拟研究上下煤层间覆岩裂隙发育规律,基于分布式光纤监测技术和图像处理技术,分析采动过程中裂隙发育位置及开度大小。研究结果表明,上湾煤矿2和3煤层采动影响下裂隙发育随着工作面推进出现张开和闭合显现,表现为光栅监测结果应变正负交替出现;水平加载过程中光栅应变表明,煤矿地下水库煤柱坝体在水平应力作用下达到一定极限后会发生破坏;在垂向加载过程中岩层间裂隙发育规律可由光栅内应变变化特征进行表征,下煤层开采过程中,岩层裂隙主要为裂隙张开与闭合交替出现;监测结果与相似模拟实际情况相吻合,证明分布式光纤可准确监测岩层间裂隙发育,为相似模拟监测提供了新的方法。

巷道围岩破坏理论的模糊聚类分析研究

巷道开挖会引起围岩应力重新分布,应力调整会造成巷道围岩的破坏,但因地质条件千差万别,巷道围岩破坏形式呈现纷繁复杂的特点。随着对巷道围岩破坏认识的深入,逐渐形成了普式理论、轴变理论、塑性形变压力理论和巷道蝶形破坏理论4种典型的巷道围岩破坏理论。细致分析了各种巷道围岩破坏理论的特点、应用条件、计算参数,并对各类参数进行了归类总结,采用模糊聚类分析方法依据巷道破坏高度指标对各个巷道围岩破坏理论进行聚类分析。研究结果表明,不同岩性条件下,巷道破坏理论聚类分析结果不同,应依据设计的模糊聚类分析流程和现场地质条件进行计算,以期达到理论与实际相符的结果。以五家沟煤矿巷道围岩地质条件为工程背景,验证了模糊聚类分析支护设计方法可行性。

矿鸿操作系统在智能化综采工作面的应用研究

为了解决综采工作面中设备种类繁多、设备生产厂商不同导致的设备操作系统与数据协议不统一等诸多问题,以乌兰木伦煤矿12422综采面为例,对薄煤层综采面特点、设备布置情况进行分析,并结合煤矿智能化发展的相关指导要求,建立了井下5G通信网络,将矿鸿操作系统移植入薄煤层综采面设备。研究表明:该系统将设备之间的数据接口和数据协议标准进行了统一,实现了设备之间的互联、信息的互通,并且作业人员可以通过智能防爆手机实现对设备的掌控。矿鸿操作系统在12422薄煤层综采面的成功应用有效的提高了薄煤层的开采率和智能化水平。

浅埋工作面过空巷煤基混凝土墩柱支护研究与应用

为研究综采工作面过空巷期间有效支护的问题,以乌兰木伦煤矿12407工作面过空巷为工程背景,采用煤做骨料加工制作煤基混凝土材料,通过实验室实验确定煤基混凝土的基本力学参数,建立基于煤基混凝土材料基本力学参数的“支柱围岩”相互作用数值模型,提出对空巷围岩“锚索补强+泵送墩柱支护”的控顶技术方案,对不同高径比条件下的支护方案模拟效果进行了对比分析,确定合理的煤基混凝土墩柱空巷支护参数,并进行现场实践验证。结果表明:高径比为3∶1煤基混凝土双排墩柱能够有效控制顶板,工作面在过空巷前6 m来压,距离空巷3 m时来压最大,工作面与空巷贯通后,由于超前支承压力峰值衰减,墩柱承载过程中让压变形;工作面与空巷贯通时,空巷外侧的顶底移近量和压力明显小于空巷里侧,随推采步距进一步加大,上覆岩层出现离层裂隙,由于超前支承压力峰值的影响,煤体处积聚大量弹性应变能,现场通过调斜以及机尾连续加刀措施,保证工作面快速通过空巷,实践证明过空巷煤基混凝土墩柱控顶支护方案能够满足安全高效生产需要。

近距离下部煤层淋水巷道围岩稳定性分析与支护技术

近距离煤层开采时,先开采的煤层必然会造成顶底板覆岩结构的变化以及采动应力的重新分布,对后续开采的煤层造成的影响有待进一步深入研究。为提高煤炭资源采出率,对乌兰木伦煤矿近距离煤层22号煤层淋水巷道进行底板破坏深度及围岩劣化特征分析,设计了顶板淋水巷道支护方式,采用高强度锚网索联合支护,并进行现场矿压观测分析。研究结果表明:在淋水巷道顶煤内,不同角度裂隙贯穿煤层,主要由于顶煤在支撑力的作用下发生破碎,而淋水的存在又软化顶煤,加剧了煤层内的裂隙发育贯通;掘进过程中塑性区变化比较稳定,说明采场支承压力向煤体深部传递的过程中没有突变性。巷道顶板整体下沉量不大,巷道的支护强度能够很好地适应采场矿山压力显现。

矿井低瓦斯含量煤层工作面预抽必要性论证与分析

针对矿井部分煤层瓦斯含量较低,采用整体预抽瓦斯增加了生产成本,但部分区域煤层瓦斯含量又高的情况,提出了瓦斯预抽必要性论证方法。鉴于乌兰木伦煤矿22号煤层尚未开展煤层瓦斯参数测定,瓦斯赋存情况不清,且该煤层在巷道准备过程中局部出现瓦斯涌出增大现象,为实现22号煤层22201工作面开采期间瓦斯超前预防和治理,有必要在测定22号煤层瓦斯参数的基础上,对工作面瓦斯抽采的必要性进行论证,结果表明:22201工作面无需开展煤层瓦斯预抽和采空区卸压瓦斯抽采,此方法有效缓解了矿井接替紧张问题,同时节约了生产成本。

动压巷道超前应力分布及高预应力加强支护技术研究

针对神东乌兰木伦煤矿受动压影响的31411辅运巷超前支护段预取消单体液压支柱的问题,利用力学分析得到了超前支承压力分布规律,通过数值模拟受采动影响下超前区域巷道顶板应力分布特征,提出了高预应力锚索补强支护技术方案。结果表明:超前区域巷道顶板垂直应力分布由中部向两侧递减,由浅层至深部顶板所受垂直应力递减;剪应力的峰值在顶板与两帮的夹角处,由两侧向中部递减;在巷道中部主要以弯拉破坏为主,在两侧主要以剪切破坏为主。根据力学分析与数值模拟结果,在31411辅运巷重点部位采用高预应力锚索对顶板进行补强支护后围岩变形得到了有效的控制。

柔模沿空留巷矿压智能动态监测系统设计

针对煤矿安全问题突出和煤炭资源回收率低等问题,以柔模支护技术为手段的“煤炭完全开采”的理念和配套技术成为促进安全开采地下煤矿有限资源的重要保证。为了更好地实现煤矿井下柔模沿空巷矿压的智能监测,开发了一套基于5G技术的柔模沿空留巷矿压智能动态监测系统,该系统能够对煤矿井下柔模沿空留巷的顶板离层、锚杆应力和围岩应力等信息进行实时采集,采集到的数据能够经软件内嵌的卷积神经网络(Convolutional Neural Networks,CNN)处理后动态显示在5G监测系统的触摸屏上,此外还可以通过矿用无线波通信系统(Ultra Wide Band,UWB)远程传输至地面智能调度指挥中心。利用该监测系统对国能神东煤炭集团有限责任公司乌兰木伦煤矿(以下简称“神东乌兰木伦煤矿”)12407综采工作面柔模沿空留巷的矿压变化情况进行了监测。监测结果表明,该系统实现了柔模沿空留巷的矿压变化情况的试试动态监测,且具有数据采集精度高、抗噪性能强的优点,可为矿压的智能动态监测提供依据。

过空巷群柔模泵送支柱支护技术研究与应用

为保证工作面安全高效回采,对乌兰木伦煤矿12405工作面合理支护进行理论分析,设计了12405工作面过多条空巷支护方式,并利用尤洛卡矿压观测系统进行现场矿压观测分析。研究结果表明,设计方案能够满足安全高效的回采空巷群;在减慢推采速度时,工作面来压步距减小且压力相应减弱;工作面在末采挂网期间需降低推采速度,降低压力在贯通过程中对垛架的影响。经现场实践,验证了在空巷内部布置柔模泵送支柱能够对巷道顶底板围岩变形起到较好的控制作用,可以保证正常生产接续。

带式输送机结构架锈蚀机理研究及水性聚偏二氯乙烯防腐涂料防护研究

通过利用扫描电子显微镜、X射线衍射、傅里叶红外光谱等技术,分析了带式输送机机结构架的锈蚀机理,研发水性聚偏二氯乙烯(PVDC)绿色防腐涂料,并在实验室条件下,对涂有防腐涂料的试件开展了表面防腐测试、氧气透过率测试。结果表明:带式输送机结构架上的生锈层主要为Fe_(2)O_(3)、α-FeOOH、Fe_(3)O_(4)及少量的γ-FeOOH组成的疏松多孔结构;经过720 d表面防腐测试,涂膜未见明显的变化,而对比试样出现的严重的腐蚀破坏现象;水性PVDC防锈底漆试样的氧气透过率为11 mL/(m^(2)·d);综合而言水性PVDC能形成如塑料膜般致密的漆膜,有效阻止金属基材试样发生电化学溶解氧腐蚀,有效提高井下带式输送机机结构架的防腐效果。