深部煤矿井下智能化分选及就地充填技术研究进展

我国已探明2 000 m以浅煤炭资源储量中埋深超过千米的储量占53.3%。深部矿井开采处于高应力、高地温、高岩溶水压、高瓦斯以及强烈开采扰动("四高一扰动")的复杂环境,面临着巷硐及采场围岩突变、煤与瓦斯突出等灾害加剧、煤炭提升效率低等难题。科技部于2018年立项开展"深部煤矿井下分选及就地充填关键技术装备研究与示范"的研究,旨在创新与发展深部煤矿井下分选及就地充填理论、技术、装备、标准及工程建设体系。本文紧密围绕深部煤矿充填开采岩层控制,超大断面密集硐室群围岩连锁破坏失稳,井下受限空间煤矸精确分离3个关键科学问题,在系统阐述深部煤矿井下智能化分选及就地充填技术总体框架基础上,详细介绍了目前取得的最新进展。具体包括:深部煤矿井下智能分选及就地充填技术框架体系、井下矸石少量化选择性回采、煤矸全粒级水介精确分离、超大断面硐室围岩失稳机理及控制、深部充填开采岩层控制与新汶矿业集团新巨龙煤矿工程示范建设等6个方面。研发的深部煤矿井下智能化分选及就地充填技术及装备体系可为我国深部煤矿高效生产与绿色矿业发展提供新的技术支撑。     

浅埋煤层综采面护巷煤柱尺寸和布置方案优化

根据浅埋薄基岩煤层顶板几乎沿采空区边缘垂直断裂,地表下沉速度快,采空区迅速压实等特点,运用理论分析、数值模拟和现场实测等研究方法,结合鄂尔多斯乌兰集团温家梁煤矿3-2煤层实际,得出了沿空掘巷合理护巷煤柱宽度为5m;滞后回采工作面50m左右,采空区基本处于稳定状态.在此基础上提出了在保证工作面顺序接替条件下的煤柱护巷与沿空掘巷相结合的回采巷道布置方案.现场应用表明:沿空掘进巷道和实体煤巷道在回采期间能保持较好的稳定性,使该矿工作面煤炭采出率提高了13%.     

浅埋硬厚煤层提高综放采出率的研究与实践

为解决浅埋坚硬特厚煤层综放采出率低的问题,论文在系统分析综放开采煤炭损失组成的基础上,从工作面设备选型、回采巷道布置、采放工艺优化等方面研究了提高综放采出率的技术措施,并首次使用回煤箱减少放煤损失.研究成果在俄霍布拉克煤矿得到成功应用,工作面采出率达84%,可为类似条件下的煤层综放开采提供参考.     

采空区渗透率演化规律及卸压开采效果研究

为了研究保护层开采过程中采空区渗透率的演化规律、分布特征以及对被保护层卸压增透效果,在充分利用淮南某矿1242(1)工作面抽采监测数据的基础上对地面钻井抽采卸压煤层及采空区瓦斯的流量计算模型进行了简化,结合达西定律给出了采空区等效渗透率的计算模型。在此基础上,通过拟合被保护层瓦斯抽采量得出各钻井的瓦斯衰减系数,并引入瓦斯涌出衰减系数减小倍数来反映保护层卸压增透效果。研究结果表明:1)采空区渗透率随着保护层工作面的推进经历急剧升高、缓慢降低以及稳定3个阶段,前2个阶段对应的工作面推进长度分别为19.24,186.2 m;工作面回采结束后,采空区中部渗透率最低,向边缘逐渐增大,呈横"O"型分布。2)被保护层瓦斯抽采同样经历3个阶段:急剧升高阶段、衰减阶段以及稳定阶段,前2个阶段经历的平均时间分别为10 d和125 d。3)1#钻井的瓦斯涌出衰减系数减小倍数高达7.7,表明了保护层卸压效果十分显著。     

综采工作面采煤机作业方式的选择

分析了综采工作面两种循环作业方式的优缺点，为在不同采煤机切割速度和工作面长度的条件下，工作面循环作业方式的选择提供了依据。     

复杂条件下破碎围岩双壳支护巷道修复技术研究

针对西山煤电集团杜儿坪矿北一大巷部分区段地应力高、围岩破碎、变形严重、难以维护等问题,运用理论分析、FLAC3D数值模拟、现场实测等方法,分析了围岩破坏变形力学机制与原支护方式失效机理,并基于此提出双壳支护的概念,阐述了双壳支护的作用原理及形成过程,数值模拟比较分析了双壳支护与普通锚杆支护在围岩稳定性控制、应力应变规律及塑性区分布特征等方面的差别,揭示出双壳支护的优越性。经现场应用与实测发现,采用双壳支护后的围岩稳定性得到了明显的提高,围岩破碎度与巷道表面位移均大幅度下降,表明双壳支护取得了良好的效果。     

Hydraulic support stability control of fully mechanized top coal caving face with steep coal seams based on instable critical angle

Analyzed the support instable mode of sliding, tripping, and so on, and believed the key point of the support stability control of fully mechanized coal caving face with steep coal seams was to maintain that the seam true angle was less than the hydraulic support instability critical angle. Through the layout of oblique face, the improvement of support setting load, the control of mining height and nonskid platform, the group support system of end face, the advance optimization of conveyor and support, and the other control technical measures, the true angle of the seam is reduced and the instable critical angle of the support is increased, the hydraulic support stability of fully mechanized coal caving face with steep coal seams is effectively controlled. Supported by the National Natrual Science Foundation of China(50504014)     

薄煤层过断层预掘巷技术研究北大核心

为研究7122工作面通过断层时覆岩移动规律,以祁南煤矿82采区地质条件为基础,利用UDEC数值模拟软件分别分析了工作面推至断层前、推至断层时、推过断层后的工作面顶底板围岩应力与塑性区分布特点,提出在遇到较大落差（2.0～2.5 m）的断层采用预掘巷技术。提前预处理断层,使工作面不影响安全生产,又有利于提高煤质,有利于薄煤层安全高效开采。     

基于采空区压实理论的采动响应反演

基于采空区压实理论,对FLAC3D中的双屈服本构模型进行二次开发,对采空区的垂直应力、弹性模量等力学参数进行了较为严格的理论修正,较精确地求得垮落带岩体的应力-应变关系,进而获得采空区及围岩对采动的真实响应,并与理论求解进行了比较,验证了采空区压实理论及其算法的可行性.在此基础上,结合现场实测,成功的反演了地表下沉和支承压力等采动响应.研究成果在12322工作面得到成功应用,使其多回收煤炭9万t,采出率提高13%,产生直接经济效益3 200万元.     

浅埋煤层房式开采遗留煤柱突变失稳机理研究

神东煤田浅埋煤层存在大量房式遗留煤柱,受下方煤层采动影响可能突然失稳垮落,造成冲击式动力灾害,遗留煤柱稳定性对下方煤层安全开采具有重要影响.针对乌兰集团石圪台煤矿地质生产条件,基于突变理论建立了房式煤柱稳定性尖点突变模型,分析了浅埋煤层房式开采遗留煤柱突变失稳规律.结果表明煤柱发生突变失稳的必要条件为煤柱单侧屈服带宽度介于煤柱宽度的0.33～0.43倍时将发生突变失稳,现场观测验证了计算结果.