大采高综放割煤高度合理确定及放煤工艺研究

为提高塔山矿石炭系特厚煤层顶煤采出率,运用数值分析、相似模拟分析、实测统计分析以及工业性试验等方法,研究了大采高综放开采工艺中最为关键的机采高度及放煤工艺问题。研究及实践结果表明,在塔山矿8105工作面的地质开采条件下,合理机采高度为4.0～4.3 m,合理放煤步距为一刀一放0.8 m,合理放煤方式为多轮间隔顺序多口放煤。     

特厚复杂煤层综放开采技术研究

针对塔山煤矿开采的煤层、顶板、地质构造、瓦斯等生产条件,对目前国内特厚煤层的采煤方法及工艺进行了分析比较,选用一次采全厚综放开采技术开采塔山石炭系特厚复杂煤层。并通过实验室相似模拟试验研究了顶煤垮落线、垮落角和顶煤随着工作面推进的变化规律,从而确定放煤工艺参数。生产实践表明,采用综放开采技术是解决特殊复杂特厚煤层的最有效途径,在大采高综放设备选型配套、放煤工艺、顶板控制以及特大型矿井建设等方面取得新的技术经验。     

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。     

中国岩石力学与工程学会科学技术一等奖——厚煤层综放工作面瓦斯与火综合治理技术研究

<正>厚煤层综放工作面瓦斯与火综合治理技术研究大同矿区石炭二叠系煤层的综采放顶煤开采,具有特厚煤层、易自燃、低瓦斯含量、高绝对涌出量的特点。本项成果以塔山矿为试点,揭示了特厚煤层大采高综放工作面瓦斯涌出规律,开发出以顶板高抽巷抽采为主,辅以上下隅角封堵、高位钻孔和高位预     

特厚煤层综放工作面瓦斯抽采技术

崔家沟煤矿2303综放工作面存在抽采难度大、瓦斯涌出量大的问题,为此进行了特厚煤层综放工作面瓦斯抽采技术实践。分析综放工作面瓦斯赋存情况,首先采用分源预测法对2303工作面进行瓦斯涌出量预测,然后采取本煤层钻场扇形钻孔预抽、上隅角采空区埋管抽采、回风巷钻场高位钻孔抽采及顶板高位大直径定向长钻孔相结合的方法进行了瓦斯抽采。实践结果表明,采用分源预测法不仅预测了瓦斯涌出量,也可以掌握瓦斯的涌出来源;该方法对瓦斯抽采效果较好,抽采率满足要求,从而在一定程度上保证了工作面安全高效生产,可以为本矿其他综放工作面及同类高瓦斯矿井特厚煤层瓦斯抽采技术提供参考依据。     

大倾角松软厚煤层综放开采顶煤运移规律及试验研究

为了提高大倾角松软厚煤层综放开采顶煤采出率,以庞庞塔煤矿9-301工作面为工程背景,综合采用理论分析、现场实测、工业性试验的方法,研究了大倾角松软厚煤层顶煤运移规律和放煤特征。研究表明,9-301工作面顶煤在距离采煤工作面30～50 m范围内开采产生移动,且受倾角影响明显,回风巷顶煤位移量远大于运输巷;统计了不同放煤步距和放煤方式对厚煤层顶煤采出率的影响,结果表明,一刀一放（放煤步距0.8 m）的回采率高于二刀一放（放煤步距1.6 m）,且有利于顶板控制,同时,采用一刀一放、多轮顺序放煤相比一刀一放、单轮顺序放煤顶煤采出率可提高5.5%。研究结果对提高大倾角松软厚煤层综放开采顶煤回采率具有重要指导意义。     

大同矿区特厚中硬煤层综放顶煤运移规律研究

针对塔山煤矿采高4.5 m、放煤高度10.5 m的特厚煤层,采用相似材料放煤试验和PFC3D软件对一刀一放开采时不同放煤方式(单轮顺序放煤、单轮间隔放煤、多轮间隔放煤、第一轮顺序第二轮间隔)的放煤过程进行了分析,获得特厚煤层大采高放顶煤开采的基本规律及最优的放煤方式,为大采高特厚中硬煤层放顶煤开采实践提供了指导。     

特厚煤层大采高综放开采提高工作面回采率技术探讨

放顶煤开采因其高产高效而被广泛应用,然而由于综采放顶煤开采技术的特点,决定了煤炭资源损失量较大。本文以大同矿区同忻煤矿特厚煤层大采高综放开采为工程背景,研究提高特厚煤层大采高综放工作面的回采率的技术措施。通过分析同忻煤矿综放工作面的煤炭损失构成,得出该矿综放工作面的煤炭损失主要集中在初采损失、末采损失、端头损失以及顶煤破碎度差丢煤损失。并从工作面参数选择、放煤工艺参数的确定、加大顶煤破碎程度、健全计量管理等方面对综放开采工作面回采率提高技术进行分析研究。     

元堡煤矿浅埋特厚煤层综放开采顶煤冒放性研究

为了提高元堡煤矿浅埋特厚煤层综放开采顶煤的回收率,以该矿1901综放工作面的开采条件为背景,采用理论分析和模拟试验,就顶煤厚度和放煤步距对顶煤冒放性的影响规律进行了研究。结果表明:随着顶煤厚度的增加,顶煤放出率呈现先增大后减小的趋势,而放出煤体中的含矸率和放矸率则呈现一直减小的趋势;随着放煤步距的增大顶煤放出率、含矸率、放矸率则都是呈现一直减小的趋势。由此确定出1901综放面3.5 m机采高度条件下的临界放煤厚度为10 m,最佳放煤方式为"一采一放"。     

特厚坚硬煤层超大采高综放首采工作面智能化技术

基于榆神矿区浅埋深、煤层特厚坚硬的赋存条件,针对超大采高综放开采首采工作面智能化开采所面临的难题,提出相应的解决对策,提高工作面自动化、智能化程度,减少工作面人员数量和劳动强度。讨论了超大采高综放工作面液压支架结构形式对智能化开采、支架-围岩"小结构"支护系统稳定性和顶煤冒放性的影响,认为两柱掩护式液压支架、整体式二级护帮板结构更适合超大采高综放工作面。针对顶煤冒放成拱问题,分析顶煤成拱形态和破拱措施,提出尾梁"小拱小摆、大拱大摆"的智能化摆动策略,提高顶煤冒放性和放煤效率。针对现阶段超大采高综放开采首采工作面顶煤冒放运移规律掌握不足、煤矸识别技术尚不成熟的情况,阐释了煤岩分界模糊段概念,将待放出顶煤分为纯煤段和煤矸分界模糊段,并提出纯煤段采用无需人工干预的智能化记忆放煤,煤矸分界模糊段采用人工干预反馈式放煤,在减少人员劳动量的同时保证顶煤采出率和降低含矸率。建立在线灰分检测智能评价和人工现场及时评价相结合的放煤效果综合评价系统,通过放煤键盘和反馈评价器及时、精准地控制放煤过程并给予反馈评价。针对采放不协调问题,提出和分析分区段成组放煤措施,提升放煤效率,促进采放协调。超大采高综放首采工作面智能化技术研究可为相似条件综放工作面提供参考和借鉴。     

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。     

浅埋双硬煤层综放面关键设备选型配套研究

新疆地区煤炭资源普遍存在埋藏较浅、煤层较厚、煤层与顶板较硬的特点,顶煤的冒放性较差,采放比设计及设备选型需综合考虑。文章主要探究浅埋双硬特厚煤层综放面的合理采放比设计以及关键装备选型配套方案,以榆树岭煤矿110501综放工作面为工程案例,首先进行工程类比,然后使用FLAC3D数值模拟软件对不同采高条件下采场塑性区及垂直应力分布规律进行研究,针对不同采高顶煤的冒放性及煤帮片帮破坏特征分析,优化设计综放面采放比;并结合榆树岭煤矿110501工作面具体参数,采用理论计算和三机配套原则进行一系列计算,选取合适的设备,为类似条件下双硬特厚煤层综放面采放比设计及关键装备选型配套方案提供参考。     

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。     

综放开采顶煤破碎放煤工艺参数优化研究

提高顶煤回收率是综放开采技术的关键,而顶煤的破碎程度及破碎后的充分放出对顶煤回收率有着重要影响。因此,研究厚煤层综放开采顶煤在不同工艺参数下的破坏机理、破碎程度及放出规律,对于实现综放开采工作面的高产高效具有重要意义。以王家岭煤矿2#煤层12309综放开采工作面为研究背景,通过理论计算与相似模拟实验相结合的方法,得出合理的放煤步距为0.865m,并在合理机采高度和放煤步距的基础上研究了不同放煤方式,得出一采一放为最合理的放煤工艺;最后,基于研究得出的放煤工艺参数对王家岭煤矿2#煤层12309综放开采工作面放煤进行数值模拟,其顶煤回收率和含矸率分别为90.6%、7.2%,考虑到现场放煤控制难易程度及工作面生产效率,确定出合理的放煤方式为单轮间隔放煤。     

上湾煤矿8.8 m综采工作面煤壁稳定性分析

随着大采高开采技术、综采设备研发制造水平的不断提高,综采工作面开采高度不断突破,向8 m及以上超大采高发展。大采高开采技术实现了采煤工作面高产高效,提高了煤炭回采率,但是随着开采高度的不断增加,煤壁片帮问题愈发凸显,大采高综采工作面煤壁稳定性已严重制约煤矿安全高效生产。针对上湾煤矿8.8 m工作面开采后的煤壁片帮情况,采用煤壁稳定性分析软件及FLAC^3D软件对影响工作面煤壁稳定性因素进行类比分析、理论分析及数值模拟分析,得出该工作面煤壁较为稳定,但仍需在合理选择支架支护强度的前提下,尽量保证液压支架护帮范围达到5 m,以适应8.8 m超大采高工作面的护壁要求。     

易自燃特厚煤层综放工作面安全开采案例分析

易自燃特厚煤层的综放安全开采技术以煤层自然发火和工作面安全开采为技术难题,结合防灭火技术理论,参照相关学者现场运用实例,对朱仙庄、小康煤矿在特厚煤层自然发火与综放安全开采技术的研究进行了分析总结。合理采用多种煤层防灭火措施,对综放回采期间煤层的自然发火防治以及安全开采起到了决定性的作用,并且对当下有类似地质条件的煤层安全开采问题总结出了解决方法,具有可行性高、安全性能强、效益显著等特点。     

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。     

水平分段综放工作面瓦斯涌出影响因素分析

为了指导水平分段综放开采工作面瓦斯灾害治理工作,以乌东煤矿5754502工作面为工程背景,对水平分段工作面的瓦斯涌出、回采及瓦斯赋存数据进行统计、整理,分析了生产能力、采出率、推进度及工作面风量和瓦斯含量与工作面瓦斯涌出的关系。结果表明:采用水平分段综放开采的赋存和地质结构简单的工作面,生产能力、采出率及工作面推进度对工作面瓦斯涌出影响显著,工作面风量对瓦斯涌出量影响较小,获得了针对乌东煤矿的瓦斯涌出量预测公式,对矿井后期瓦斯治理具有一定的指导意义。     

全息采空区与顶煤运移的时空演化规律研究

放顶煤开采是为解决特厚煤层高产与高效开采的新型方法,是我国特厚煤层开采的发展方向,但特厚 煤层综放开采顶煤堵塞放煤通道的技术难题影响了煤炭的回收率。 本项目结合塔山煤矿 3-5#煤层的实际赋存条件, 采用三维洞穴激光扫描仪和运用现场实测以及数值模拟等科学方法对其顶煤运移规律及采空区顶垮落形态等进行 了系统的研究。 研究结果表明:工作面在推进过程中,顶煤位移量发生变化,且工作面到达一定位置后,位移量变化明 显;当处于顶煤体破坏的过程中,采空区方向的水平位移量与速度增长速率增加;顶煤和顶板运移量呈现 2 种截然不 同的运移特征,前者壁前高于壁后,而后者为壁后高于壁前。