机采高度对顶煤冒放性与煤壁片帮的影响

针对特厚煤层大采高综放开采顶煤冒放性与煤壁片帮难题,采用理论分析、数值模拟及技术经济综合对比分析等方法,分析了工作面机采高度对煤炭资源回采率及煤壁片帮的影响。通过建立特厚煤层大采高综放工作面煤壁片帮的压剪力学模型,分析了大采高综放工作面煤壁片帮机理,研究了相同机采高度情况下大采高综放工作面较大采高综采工作面煤壁片帮更加剧烈的原因。增加液压支架对顶煤的主动支护作用力及选择合理的液压支架架型结构参数,既可以提高顶煤的冒放性,同时还可以降低煤壁的片帮概率。综合分析不同机采高度对煤炭资源回采率、煤壁片帮控制及工程与设备投资的影响,确定罐子沟煤矿大采高综放工作面机采高度为4.5 m,设计研发的ZFY12000/26/47型两柱掩护式整体顶梁大采高综放液压支架使用效果较好。     

大采高综放工作面煤壁弧型滑动失稳机理与控制技术

针对同忻煤矿8107大采高综放工作面煤壁严重片帮事故,综合现场调研、煤岩样力学试验、数值模拟及理论分析,建立大采高综放工作面煤壁弧形滑动失稳力学模型。结果表明:大采高中硬煤层片帮主要形式是煤壁上部的弧形滑动片帮,片帮起始破裂点位于煤壁深部顶煤"冒落拱"拱脚位置。严格Janbu法煤壁弧形滑动片帮安全系数计算结果表明:8107大采高综放工作面煤壁片帮关键控制指标为护帮阻力Fr,控制区间1 000~2 000kN;弧形滑动轨迹控制参数α,合理值区间30°~60°;煤体力学参数及顶煤冒落拱相关参数。煤壁片帮主要原因是支架护帮千斤顶进液管路严重泄漏导致支架护帮阻力不足,YHX型液压泄漏检测仪通过拾取分析泄漏产生的高频声波和振动信号实现了液压故障检测和准确定位。     

特厚煤层大采高综放开采机采高度的确定与影响

为了确定大采高综放开采合理的机采高度,基于理论分析与数值模拟计算方法,研究了不同机采高度对支架工作阻力、顶煤冒放规律、煤壁稳定性的影响。研究结果表明：大采高综放开采机采高度的确定应充分考虑采放比、煤壁稳定性、矿压显现、顶煤采出率及设备投资等。支架所需支护强度、顶煤采出率、煤壁片帮程度与机采高度成正相关性,但并不是简单的线性关系。由于受顶煤赋存条件及采出率等因素影响,相同采高大采高综放开采煤壁片帮几率要高于大采高综采。大采高综放开采是煤炭开采技术的新突破,是实现特厚煤层安全高效开采的有效途径。     

综放工作面煤壁片帮分析及控制措施研究

为减轻综放工作面煤壁片帮现象,基于综放工作面煤壁易出现严重片帮等问题,结合山西某矿综放工作面地质条件,对综放工作面煤壁片帮机理与一次采全高工作面煤壁片帮机理进行了对比分析,得出综放工作面在放出顶煤后,会使工作面煤层高度得到变相增加,会加长煤壁裸露在外边的时间,综放工作面煤壁出现片帮的概率与片帮深度都相对更大,依据该结论,从支架初撑力方面、顶梁结构方面以及护帮结构等方面,提出了一系列控制综放工作面煤壁片帮的措施,通过应用这些措施,有助于减轻综放工作面煤壁片帮问题,更好的保障综放工作面安全生产。     

大采高综放煤壁片帮及其支架性能分析

为了研究相同采高情况下大采高综放工作面煤壁片帮更剧烈的因素,采用理论分析、数值模拟、现场观测等方法,研究煤壁片帮受支架结构性能的影响,分析支架结构性能对煤壁片帮的作用。结果表明,大采高综放工作面煤壁片帮比大采高综采工作面更加严重。可以采取有效措施来降低煤壁片帮几率。     

基于煤壁“拉裂-滑移”力学模型的支架护帮结构分析

针对坚硬厚煤层大采高综采工作面极易发生煤壁片帮的问题,以红柳林煤矿7.0 m大采高综采实践为基础,分析了煤壁片帮的应力路径效应,将硬煤煤壁片帮细分为拉裂破坏与滑移失稳两个阶段,建立了坚硬厚煤层煤壁片帮的拉裂-滑移力学模型,得出了煤壁的拉裂破坏深度、宽度与煤体强度、开采高度的关系及液压支架应具有的"临界护帮力",分析对比了2种液压支架护帮装置的结构特点与力学特性。研究结果表明,煤体发生拉裂破坏只是煤壁片帮的必要非充分条件,煤壁最终是否发生片帮,还取决于拉裂破坏体在液压支架与矿山压力作用下是否发生滑移失稳。液压支架很难抑制煤壁发生拉裂破坏,但可以有效防止拉裂破坏体发生滑移失稳。液压支架护帮装置采用伸缩梁与护帮板分开结构设计,具有对煤壁的支护作用力大、结构强度与可靠性高等显著优点。     

特厚煤层大采高综采综放适应性评价和技术原理

针对厚煤层综采(放)开采过程中遇到的技术难题,提出了大采高综采(放)开采面临的3个科学问题,建立了基于技术经济分析的厚煤层开采方法适应性评价指标体系与评价模型。基于液压支架与围岩的强度耦合、刚度耦合、稳定性耦合原理,建立了液压支架与围岩的耦合动力学模型及煤壁片帮的“拉裂-滑移”力学模型,提出了大采高综采(放)液压支架合理工作阻力确定的“双因素”控制法。基于大采高综放工作面顶煤冒放性与煤壁稳定性控制的矛盾,提出了增大液压支架的初撑力及优化液压支架架型结构等方法缓解2者之间的矛盾。通过开发厚煤层大采高综采(放)关键技术与装备,实现了厚煤层的安全、高效、高回采率开采。     

超大采高综放工作面板裂化片帮特征及合理护帮控制

针对榆神矿区超大采高综采工作面煤壁板裂化片帮问题,基于金鸡滩煤矿超大采高综放工作面开采技术条件,采用理论分析与工程实践相结合的方法,分析了超大采高工作面煤壁板裂化片帮特征,研究了适宜的护帮板结构形式和合理护帮控制措施。发现板裂化片帮具有多种特征:板状板裂化、“洋葱皮状”板裂化、弹射型板裂化(俗称“炸帮”)和护帮板动载扰动下板裂化片帮,提出并求解了整体式和分体式护帮板承载能力曲线,将护帮板承载能力曲线作为护帮板承载性能评价指标,分别分析和对比了2种结构形式护帮板运动特性及其与煤壁结构耦合关系,从力学特性和运动学特性角度得出整体式护帮板具有承载性能优、灵活性好和结构耦合适应性强等优点,建议在满足护帮高度要求的前提下,优先选用整体式二级护帮板结构。结合工业性生产实践,对煤壁板裂化片帮特征及危害进行分析,提出并讨论了相应的煤壁板裂化片帮防治措施。分析和借鉴同一盘区相邻8.2 m超大采高一次采全厚工作面分体式三级护帮板应用情况及其对煤壁维护效果,结合7.0 m超大采高综放工作面支架-围岩结构耦合关系,认为7.0 m超大采高综放工作面宜采用整体式二级护帮板。生产实践表明:整体式二级护帮板能有效维护超大采高综放工作面煤壁稳定,便于自动化控制和工作面高效开采。     

坚硬特厚煤层顶煤冒放结构及提高采出率技术

针对西部埋深较浅、坚硬、特厚煤层顶煤冒放性差的问题,以金鸡滩煤矿2-2上坚硬特厚煤层赋存条件为基础,通过理论模型计算、数值模拟分析及设备结构优化设计等方法,分析了坚硬特厚煤层顶煤冒放结构及提高采出率技术。通过建立坚硬特厚顶煤的"悬臂梁"力学模型,计算分析了顶煤厚度与悬臂极限断裂长度的关系;首次定量分析了液压支架反复支撑对顶煤的损伤破坏效果,研究了液压支架主动支护作用力、反复支撑次数对顶煤破坏深度、破坏块度的影响;分析了大采高综放工作面煤壁片帮防治与提高顶煤冒放性的矛盾,通过优化液压支架架型结构参数解决了二者之间的矛盾;创新设计了强扰动三级高效放煤机构与综放工作面后部刮板输送机交叉侧卸布置方式,有效提高了大块顶煤的放出率与放出效率。     

大采高工作面煤壁片帮力学机制与深度研究

为了揭示大采高工作面煤壁片帮发生机理,确定片帮位置与深度,基于弹性力学、PFC~(2D)数值模拟等方法,对神东矿区补连塔煤矿12511大采高综采工作面片帮机理进行研究;揭示了工作面煤壁渐进劣化特征,建立了工作面"薄板"力学模型与煤壁片帮深度经验计算公式,进而推导出煤壁变形的挠度方程,确定支架护帮结构控制煤壁片帮的技术。结果表明:工作面煤壁片帮失稳位置在采高的0.579倍处;最大煤壁片帮深度0.98~1.61 m;调整工作面支架顶梁前端结构,确定工作面支架的护帮结构平均支护强度应大于0.16 MPa。     

大采高超长综放工作面采场矿山压力控制技术研究

综采放顶煤工作面采高的增大,会引起支护高度相应加大,支架重心提高,使支架容易发生滑倒与倾斜。采高增大造成煤壁高度加大,在矿山压力的作用下容易发生较大范围和深度的片帮。支架稳定性降低与煤壁片帮增加了端面冒顶的危险性,因此支架、煤壁及端面顶煤的稳定性控制技术成为大采高综放工作面的高产高效回采的基本保障。     

特厚煤层大采高综放自动化开采技术与装备

针对我国西部矿区坚硬特厚煤层综放自动化开采技术难题,研究了大采高综放工作面液压支架与围岩耦合作用关系,分析了坚硬特厚煤层顶煤冒放结构及液压支架合理工作阻力确定方法,研发了液压支架与围岩智能耦合控制系统及自动化放顶煤控制系统,实现了大采高综放工作面自动化开采。基于坚硬特厚煤层大采高综放液压支架与围岩耦合作用关系,建立了坚硬顶煤冒放的"悬臂梁"模型及顶板岩层结构失稳的"组合悬臂梁"模型,揭示了大采高综放工作面合理机采高度确定方法及合理液压支架工作阻力确定方法。通过分析两柱强力液压支架的承载特性,创新设计了大采高综放液压支架三级高效强扰动放煤机构,研发了综放液压支架智能耦合控制系统,实现了对液压支架姿态与受力状态的实时监测。基于大采高综放工作面分段多窗口多轮放煤工艺的时序控制自动化放煤逻辑关系,研发了自动化放煤控制装置,实现了坚硬特厚煤层大采高综放工作面安全、高效、高回采率自动化开采。     

小保当矿大采高综采面煤壁片帮机理及防控技术

为了解决小保当煤矿大采高综采面煤壁片帮问题,采用理论分析与数值模拟的方法,分析了小保当煤矿大采高综采面煤壁片帮机理及影响因素.结果表明:小保当煤矿煤壁片帮主要是由于开采过程中上覆岩层形成"悬壁梁"结构,梁前端位于煤壁处,煤壁承载增大,支承压力大而引起.通过煤壁片帮因素分析得出了控制综采面煤壁片帮的合理工艺参数,2~(-2)煤开采时工作面采高为6.5 m,支架支护强度为1.0~1.5 MPa,护帮板支护强度为1.0 MPa.提出了"控制采高、合理支架支护强度、使用护帮板"的煤壁片帮综合防控措施.     

特厚坚硬煤层超大采高综放开采 合理采高研究与实践

以榆神府矿区金鸡滩煤矿一盘区东翼8～14m特厚坚硬煤层综放开采为背景,采用理论分析、工程类比、工业性生产试验方法,研究采高(机采高度)对采场围岩稳定性和顶煤冒放性影响关系,确定榆神府矿区特厚坚硬煤层综放工作面合理采高。通过理论分析,探讨了增大采高对综放开采资源采出率、矿压显现程度、顶煤冒放性、煤壁稳定性、配套设备结构和性能、采放协调等因素影响。通过工程类比,对比分析相邻矿井综放开采和本矿井西翼超大采高一次采全厚工作面围岩稳定性和顶煤冒放性特征,给出了榆神府矿区综放开采合理采高的判断依据,得出超大采高综放开采技术上可行,安全上可靠。现场工业性生产试验表明:采高控制在6.3～6.5m时,围岩稳定性好,开采效率最高;工作面中部来压强度大,煤壁局部片帮深度一般为0.1～0.5 m,最大深度小于0.8m;100m试验段整体回收率约为87%,放煤段顶煤回收率约83%;工作面中部顶煤冒落块度小、冒放性好;端头顶煤冒落块度大、冒放性差;周期来压期间顶煤冒放性优于非来压期间。研究结果可为相似条件特厚坚硬煤层综放开采提供借鉴。     

布尔台矿区42102工作面大采高改综放开采矿压显现分析

针对布尔台矿区原42102大采高综采工作面矿压显现强烈,煤壁片帮深度大,工作面液压支架前漏矸、漏顶严重等问题,采用FLAC3D数值模拟方法,对比分析了42102工作面在综放开采和大采高综采两种开采模式下的矿压显现规律,结果表明:综放开采可以有效降低煤壁片帮,并且采高越小,煤壁片帮值越小,采高3.5 m综放开采的煤壁片帮量仅为采高5 m大采高综采的65%左右,且顶板下沉量仅为综采的20%~30%。在42102工作面改为综放开采后,经现场实测:综放工作面煤壁片帮程度较大采高综采减小了50%,未出现漏矸、漏顶和冒顶现象,工作面支架工作状态良好,控顶效果良好。     

大采高液压支架结构优化设计及适应性分析

针对大采高工作面动载矿压显现、煤壁易片帮等问题,基于红柳林煤矿7.0 m大采高开采实践,建立了大采高工作面顶板岩层断裂的"悬臂梁+砌体梁"结构模型及支架与围岩的简化动力学模型,确定了7.0 m大采高液压支架合理工作阻力;对比分析了大采高液压支架架型、护帮结构对围岩的适应性,进行了大采高液压支架结构优化设计及适应性分析。研究结果表明:将大采高工作面"砌体梁"结构上方岩层作为动力学模型的边界条件,以支架立柱的抗冲击特性要求为理论判据,通过动力学仿真计算可得大采高支架的合理工作阻力。两柱掩护式大采高支架较四柱支撑掩护式支架具有支护强度大、四连杆稳定机构受力状态好、质量轻等优点;护帮板与伸缩梁分体结构的护帮力、合力作用位置及可靠性均优于护帮板与伸缩梁连体结构;设计采用抗冲击双伸缩立柱、高压升柱系统等,提高了大采高液压支架对围岩的适应性。     

特厚煤层大采高综放工作面煤壁片帮机理及控制

针对不连沟煤矿F6202大采高综放工作面煤壁片帮严重的问题,通过现场调研观测,根据煤壁片帮位置,总结并分析了回采过程中煤壁片帮的基本特征。进一步分析了顶板结构、液压支架工作阻力及工作面推进速度对煤壁片帮程度的影响。研究表明:顶板形成的"下位组合悬臂梁-上位砌体梁"结构中组合悬臂梁失稳断裂引起煤壁上方"反弹区"向煤壁冲击,以及支架工作阻力偏小、工作面推进速度过快引发组合悬臂梁结构强度伪增强而积聚更多应变能瞬间释放是导致大采高综放条件下煤壁片帮的重要因素,增大液压支架工作阻力能够降低煤壁片帮程度。提出了"煤层注水、适当减缓工作面推进速度、提高液压支架工作阻力"的片帮综合治理方案;工程实践表明,治理后煤壁片帮频次和日片帮深度均值较之前大幅减小,取得良好片帮治理效果。     

四柱放顶煤液压支架支护能力技术研究

煤矿广泛采用铰接顶梁结构的四柱放顶煤液压支架,存在的问题是前梁端部支撑能力小,顶梁结构复杂,封闭性差,支架前部容易出现片帮、冒顶。采用整体顶梁结构的四柱放顶煤液压支架,顶梁前端的支撑力大,可有效防止煤壁片帮、冒顶,但该架型支架前、后柱受力不均带来的问题比较突出,严重时造成工作面支架压死。理论研究和实际应用表明,要针对煤层开采条件进行个性化设备选型和液压支架优化设计,选用整体顶梁结构的四柱放顶煤液压支架,建议其额定工作阻力估算值应比普通铰接顶梁放顶煤支架提高约1.4~1.6倍。     

松散煤层综放工作面支架与围岩失稳机理

为了探寻松散煤层综放工作面放顶煤支架失衡、端面顶煤冒落及煤壁片帮的原因并对支架的适应性做出评估,结合现场实测分析了采场围岩状态及支架工作状况,计算解析了支架的受力情况与承载特征。认为支架失稳的原因为:工作面割煤高度偏高造成松散煤层大量片帮,导致端面距过大,使支架不能及时护顶,进而引发破碎顶煤严重冒落,同时顶梁上方冒落形成的空洞促使支架实际支撑力偏小,为支架歪斜提供了条件。试验点选用支架的额定支撑力可满足需求,但在该条件下前梁千斤顶额定推力1 060 kN,未能达到设计要求的1 139 kN,不能满足空顶要求。针对上述问题提出了合理的建议及改善措施。     

超长综放面煤壁片帮与顶煤冒漏机理及防治

以山西潞安矿业集团余吾煤业公司N1102工作面为研究对象,掌握了超长综放工作面煤壁片帮和顶煤冒漏基本特征和机理,并提出采取控制采高、加强注水、提高支架支护质量等措施控制煤壁片帮和顶煤冒漏,为N1102工作面安全回采提供了理论指导。