大倾角采煤工作面设备稳定与安全技术研究

针对大倾角采煤工作面容易出现支架下滑和倾倒、刮板输送机下窜、大块煤矸沿刮板输送机滚落等现象,研究了大倾角采煤工作面设备的整体稳定与合理的安全技术措施。在芦沟煤矿22031大倾角采煤工作面实践过程中,以理论计算与现场分析为基础,采用＂整体托梁＋五柱支撑＋导向限位板＂措施,解决了支架的下滑、支撑和咬架问题;采用＂下顶上拉＋导链＂措施解决了刮板输送机下窜问题;采用＂防滚矸弹板＋挡矸链＋挡矸板＂的措施解决了大块煤矸沿刮板输送机滚落的问题,为大倾角工作面安全生产提供了可行的技术保障。     

大倾角综采工作面综合防滚矸安全技术实践

丰阳煤矿主采的二₁煤层为大倾角三软煤层，煤层平均倾角32°。由于煤层及直接顶坚固性系数低，且煤层倾角过大，工作面在采煤机下行割煤过程中常出现大块矸石滚落现象。高速滚落的矸石经常越过刮板输送机挡煤板和转载机进入液压支架操作空间和下端头行人空间，冲击液压支架和端头支护，造成支架损坏，影响液压支架的移动，甚至造成伤人事故。丰阳煤矿通过针对性地设计实施挡矸帘、柔性挡矸装置、机头全断面防滚矸装置等一系列大倾角综合防滚矸飞矸措施，降低了工作面滚矸的滚落速度，阻挡了滚矸进入支架操作空间及下端头行人空间的路径，有效防控了工作面滚矸飞矸灾害，切实保证了工作面的安全生产。     

大倾角智能工作面刮板输送机“上窜下滑”自动化控制研究与应用

针对复杂煤层赋存条件下,特别是大倾角、多断层的工作面实现全工作面自动化面临着诸多技术难题,以国家能源集团宁夏煤业有限责任公司枣泉煤矿220608综采工作面为工程背景,研究了大倾角工作面支架防倒防滑以及刮板输送机“上窜下滑”自动化控制的重点和难点,建立了刮板输送机“上窜下滑”工艺管控策略数据模型及工艺控制逻辑体系,通过刮板输送机“上窜下滑”趋势判断方法,形成了跟机推刮板输送机、跟机拉架工艺控制方案,建立了大倾角工作面常规拉架、防止刮板输送机下滑调架以及防止刮板输送机上窜调架3种拉架动作控制逻辑。实际工程应用表明,工作面平均开采速度可达6.3 m/min,最高产量可达11700 t/d,实现了工作面高清可视化,并通过管理创新保障了大倾角工作面智能开采常态化运行。     

适应70°中厚煤层综采成套装备研制

为解决开采水平向深部延伸、煤层倾角增大导致片帮飞矸、原配套设备出现不适应和影响回采产量等问题,结合以往开采经验,在分析研究基础上自主研发出适应70°煤层倾角的采煤机、刮板输送机、液压支架、端头支架、桥式转载机等综合机械化成套装备,在绿水洞煤矿3212急倾斜综采工作面安全顺利完成工业性试验,改善了作业环境,提升了安全系数。     

大倾角煤层综采工作面液压支架失稳机理与控制

针对大倾角旋转俯伪斜大采高综采面液压支架稳定性控制特点,结合潘二矿12124综采工作面地质与工程条件,开展了破碎顶板和软煤条件液压支架与刮板输送机稳定性控制机理与方法研究。基于现场观测数据分析,构建了大倾角综采工作面液压支架倾倒与下滑两种失稳模式,对比分析了支架受力特征,揭示了支架失稳与煤层倾角、支架顶梁和直接顶的摩擦因数之间的关系。推导了液压支架带压移架的"带压临界值",提出了铺金属网带压擦顶追机移架方法。综合分析设计了旋采段回采调斜比例为1∶3,并确定了俯伪斜回采段输送机下滑量不应大于304 mm,并通过设置了防倒、防滑千斤顶的"三机"联合防倒滑措施,有效控制"三机"稳定性及片帮、冒顶,实现了大倾角厚煤层安全高效开采。     

大倾角俯采工作面回采技术与控制措施应用

通过对三河尖煤矿7130大倾角俯采综采工作面开采影响因素分析,认为大倾角和俯采同时制约工作面的安全高效快速回采;顶板管理和设备管理是基础;维持液压支架与刮板输送机的稳定性是关键。工作面回采期间采取初放控制、俯采角度控制、关键工艺控制、支架防倒、加长框架应用和防滚矸等一系列回采技术与控制措施,有效实现了大倾角俯采工作面安全高效快速回采,取得了较好的安全经济效益。     

防倒防滑技术在Y296大倾角工作面的研究与应用

针对开滦集团唐山矿业分公司开采深部的延伸、大倾角煤层逐步增多,导致的工作面支架、刮板输送机下滑下串的问题,该矿安装使用了前部刮板输送机防滑装置、后部刮板输送机防滑装置、液压支架防倒装置,并制定了针对性措施,降低了大倾角回采的安全管理难度,提高了回采效率,在大倾角煤层防倒、防滑技术方面有一定进展和突破。     

大倾角不等长斜机巷综采放顶爆工作面开采技术

针对龙东煤矿7183综放工作面倾角大、不等长、斜机巷的特点,介绍了工作面回采的关键技术,解决了大倾角工作面煤壁片帮、滚矸伤人等问题,有效控制了支架、输送机下滑,随着工作面长度的增加及时增加支架,实现了安全高效开采.     

综采工作面设备下滑控制技术

随着煤炭企业不断提升产能,采煤机械不断大型化、重型化,给常规的回采作业及安全生产带来诸多不便。如在综采工作面坡度较大的情况下,液压支架及刮板输送机随着回采推进,会出现下滑现象,刮板输送机不但占据工作面下出口端头支护空间堵塞安全出口,而且增大了工作面上出口切顶密柱的支护宽度,给采空区维护增加了难度;同时,液压支架也会向下滑移,造成支架咬架、倒架。因此,必须采取有效措施控制支架和刮板输送机下滑。在分析生产实际及现场试验的基础上,利用急倾斜煤层伪斜开采原理,调整两巷进度差,使工作面形成伪斜,减小工作面坡度,增加设备下滑阻力,同时自下而上单向顶溜,有效控制了工作面支架和刮板输送机的下滑,节省了安全出口和两巷端头维护工作量,确保了工作面安全正常生产。     

深井大倾角突出厚煤层综采工作面生产技术研究

根据松河煤矿二采区1234采面煤层赋存及地质条件,针对工作面存在煤层厚、倾角大及具有突出危险性等难题,通过采取施工顶抽巷穿层预抽、本煤层抽放进行消突,并在综采工作面采煤机、刮板机、支架上有针对性的安设防倒防滑设施,在支架上自制设计安装二次护帮装置,在机道设置防窜矸设施,有效解决了大倾角突出厚煤层工作面存在的突出、设备、安全管理等多方面的难题,提高了开采效率和效益,实现安全高效生产,为突出厚煤层大倾角工作面开采提供了借鉴。     

煤矿智能化开采新进展

智能化开采是煤炭工业高质量发展的核心技术支撑。经过多年发展,我国智能化开采形成了薄煤层和中厚煤层智能化无人操作,大采高煤层人-机-环智能耦合高效综采,综放工作面智能化操控与人工干预辅助放煤,复杂条件智能化+机械化4种智能化开采模式。为了解决工作面综机装备智能决策难题,研发了工作面智能协同控制系统,实现采煤机自适应割煤与自主感知防碰撞,基于煤流量智能感知的采煤机、液压支架、刮板输送机等综采装备的协同联动,工作面综采装备与端头和超前支架的联动控制。上述研究成果在陕北侏罗纪1.1 m硬煤薄煤层、金鸡滩煤矿8 m超大采高综采、金鸡滩煤矿9 m以上硬煤特厚煤层综放开采进行应用,效果显著,实现了陕北侏罗纪1.1 m硬煤薄煤层高效智能化无人开采,8 m超大采高工作面人-机-环智能耦合高效综采,9 m以硬煤上特厚煤层超大采高智能化综放开采。     

大倾角大采高综采面倾向长度尺度效应分析

以大倾角大采高综采为背景,通过理论分析、相似模拟和现场实测,对大倾角大采高综采基于工作面倾向长度尺寸效应导致的围岩灾变机理进行了分析,研究认为大倾角煤层直接顶和基本顶运动的不协调性使得控顶难度加大,工作面直接顶沿倾向可分为充填稳定段、易溃屈段和滑移段结构,相应矿压显现特征则呈现典型的“弱-强-弱”分布,即溃屈段为矿压显现最强烈区域,也是影响矿压显现的主控因素,对于特定赋存条件大倾角煤层,其工作面长度存在“临界尺寸”,工作面支护强度的确定除满足直接顶岩层岩法向方向的自重和部分基本顶载荷外,还需满足上部直接顶滑移产生的附加载荷,其中阻止溃屈段顶板的离层是支护强度确定的主要依据。     

特厚软煤大采高综放工作面成套装备技术研究

针对特厚软煤赋存特征，以永陇矿区园子沟矿井为工程背景，确定了合理工作面参数、工艺及装备，优化设计了“整体顶梁带铰接前梁+伸缩梁+二级护帮”的四柱支撑掩护式强力放顶煤液压支架，有效改善了煤壁和端部顶煤的支护效果，通过支架支护质量综合监测保障系统提高了支护的系统的适应性。确定了采煤机、前后部刮板输送机技术参数，设计了智能喷雾降尘系统，实现了特厚软煤综放工作面的安全高效生产。     

特厚煤层智能化综放开采理论与关键技术架构

综放开采方法是我国特厚煤层矿区实现高产高效的主要技术途径,智能化综放开采是未来综放开采技术发展的重要方向。在分析千万吨级特厚煤层智能化综放开采技术和问题的基础上,围绕安全、高效、智能这一主题,综合考虑特厚煤层顶煤体和上覆岩层的相互作用,以掌握特厚顶煤冒放理论,实现综放工作面放煤智能化,降低含矸率、提高顶煤采出率为主导,提出要解决的关键科学问题和技术构想。针对综放开采存在的煤矸智能识别、智能放煤控制、“采-支-放-运”系统智能协调等主要难题,凝练出特厚煤层智能综放开采大尺度顶煤体破碎与冒放机理,特厚煤层智能化采放协调控制机理与方法,特厚煤层智能综放开采群组放煤过程控制原理三大科学问题。攻克特厚煤层群组协同智能放煤工艺决策技术,特厚煤层顶煤厚度与放煤量实时监测技术,冲击振动和高光谱融合的煤矸识别技术,多模式融合的智能化放煤装备及控制技术,综放工作面“采-支-放-运”系统智能协调控制技术五项关键技术。突破特厚煤层智能化综放开采技术与装备瓶颈,研发煤矸识别装置、开发智能放煤控制系统及软件,解决采放协调、煤矸识别、群组放煤等难题,创建年产1 500万t智能化综放开采示范工程。最终实现特厚煤层智能化综放开采,为我国特厚煤层的安全、高效开发提供可靠的技术支撑。     

厚硬顶板下大倾角软煤开采灾变机制与防控技术

针对潘四东煤矿11513大倾角工作面煤壁片帮、支架滑移倾倒和顶板大面积来压问题,通过理论分析、数值模拟和现场实测的研究方法对厚硬顶板下大倾角软煤开采的灾变机制和防控技术开展研究。研究结果表明:在厚硬顶板下大倾角软煤开采初期,围岩塑性破坏主要集中在煤壁和底板岩层;邻近工作面区域煤岩体位移表现出煤壁挤出位移量>底板鼓起位移量>顶板下沉位移量的特征;由于厚硬顶板的存在,随工作面推进距离的增大,煤壁挤出位移量逐渐增大,煤壁片帮失稳的概率倍增。根据厚硬顶板下大倾角软煤开采围岩位移和变形破坏特征,结合现场观测提出厚硬顶板下大倾角软煤开采2种灾害模式,一是以“片帮-冒顶”为主导,诱发“支架-围岩”系统发生大范围失稳的动态互馈的时发性灾害,二是厚硬砂岩破断诱发冲击动力显现的瞬发性灾害。基于厚硬顶板下大倾角软煤开采灾变机制,采用厚硬顶板深孔预裂爆破初次放顶技术,控制厚硬顶板运动;采取煤壁注浆加固、支架防倒防滑以及“铺金属网+工字钢”辅助液压支架管理破碎直接顶等措施,防治煤壁片帮和破碎顶板漏冒,保证“支架-围岩”系统的稳态工作。通过对支架工作阻力和煤壁片帮统计分析发现,11513工作面采取系列防治措施后,煤壁得到有效控制,初次来压时,支架工作阻力较为富裕,安全阀开启较少且支架无明显倾倒滑移现象,实现了厚硬顶板下大倾角软煤的安全高效开采。     

断层影响区工作面支架稳定性及围岩控制措施

为了解决工作面过断层期间煤层倾角变化及围岩破碎导致支架易出现倾倒、煤壁片帮及顶板冒顶的问题,结合义城煤业18201工作面情况,分析了煤层倾角增大时支架防倾倒技术措施和过断层方法及煤壁片帮控制技术措施。采取相应措施后,保证了支架稳定,工作面的煤壁片帮次数、范围、深度等都明显降低,确保工作面安全回采。     

"两软一硬"不稳定煤层工作面覆岩"两带"发育高度研究

为探索禹州煤田西南部云盖山煤矿二矿软煤、软底和硬顶(简称“两软一硬”)及开采煤层厚度变化较大的不稳定煤层顶板垮落带和导水断裂带发育高度,采用现场钻孔成像技术、经验公式类比分析和数值模拟综合研究方法,对该矿23301采煤工作面顶板覆岩垮落带、导水断裂带高度进行了分析,获得了工作面在非充分采动垮落和充分采动垮落条件下“两带”高度量化取值,垮落带最大高度为14.4 m,导水断裂带最大高度为50.0 m,认为现场钻孔成像技术可用于采动覆岩“两带”发育高度的计算。研究结果对研究区预采掘顶板水害防治及顶板支护具有较重要的参考价值。