特厚煤层综放开采底板变形破坏深度研究

为探究特厚煤层综放开采条件下底板变形破坏深度,以兖矿能源集团股份有限公司东滩煤矿1305工作面为背景,采用现场实测、数值模拟和理论计算等方法综合分析了该工作面采动煤层底板变形破坏深度。采用应变感应法和钻孔成像技术的现场实测结果表明：底板受采动矿压作用在水平和垂直方向上存在明显的显现特征,水平方向上超前测点50 m附近、底板浅部10 m深度位置开始受采动矿压影响,工作面推过一定距离之后底板变形破坏剧烈;底板不同深度水平方向上超前距和滞后距变化范围分别为96～115 m和48～52 m,工作面综放开采底板变形破坏深度为16～20 m,垂深20 m以下底板岩层以弹性变形为主。数值模拟的底板不同深度塑性区分布特征表明,随着距工作面底板距离越远,受采动矿压影响越小,塑性区范围越小,底板下20 m基本没发生破坏。理论计算结果确定了底板变形破坏深度为19.2 m。综合现场实测、数值模拟和理论计算结果,可知1305工作面综放开采底板变形破坏深度不超过20 m。研究结果可为矿井特厚煤层综放开采底板水害防治提供量化依据。     

浅埋深综放工作面矿压显现规律及控制研究

现有工作面矿压规律研究主要是针对浅埋深大采高工作面矿压规律和顶板结构进行研究,针对浅埋深综放工作面强矿压显现规律和控制技术研究较少。针对该问题,以某煤矿42202工作面为研究背景,采用工作面支架监测和微震监测相结合的实测方法,研究了工作面的强矿压显现规律:42202工作面的初次来压步距为60m,周期来压步距为18～26m,来压时支架动载系数高达1.58,片帮深度达1 100mm,立柱下缩量为50～80mm,强矿压导致工作面压架,来压时中部压力大、两侧小,表明工作面来压时矿压显现较为剧烈;微震事件主要集中在工作面超前位置及辅运巷,日累计能量与日频次变化趋势基本相同。分析了浅埋深综放工作面的强矿压机理,指出浅埋深综放工作面强矿压显现的主要原因是采场覆岩高位关键层形成的砌体梁结构与低位关键层形成的悬臂梁结构发生联动失稳效应。针对强矿压显现问题,提出了水压致裂的顶板弱化措施,采取水压致裂措施后,支架工作阻力最大值由59.1MPa下降到50.1MPa,降低了约15%;深孔最大应力降低了15%,浅孔最大应力降低了32%,表明水压致裂对顶板弱化和减弱巷道围岩应力有较显著作用。     

综放仰采工作面覆岩移动规律及支架工作阻力确定

综放仰采工作面覆岩运移规律与水平开采工作面有较大差别,顶板垮落频繁,为工作面支架的稳定带来了极大的考验。现有对综放仰采工作面安全开采的研究主要集中在仰采角度变化对覆岩运移规律的影响上,对顶底板受力特征缺乏系统的研究。针对以上问题,以瑞隆矿8102综放仰采工作面为背景,采用UDEC数值模拟软件分析了综放仰采工作面不同推进距离下覆岩运移规律及顶板破断特征:在仰斜开采中,受倾角和开采方式的影响,底煤应力最为集中,工作面具有明显的初次来压和周期来压特征,与近水平煤层综放工作面相比,周期来压步距明显减小,上覆岩层峰值强度相对较低,顶板不易形成结构,来压较频繁,矿压显现较剧烈;8102工作面直接顶初次垮落步距为25m,基本顶初次来压步距为40m,周期来压步距为10～15m。利用顶板-支架力学关系确定支架工作阻力的计算方法较为繁琐,很多方法应用于工程现场不具有实用性,对比了目前几种常用支架工作阻力计算方法的优缺点及实用性,并根据8102工作面实际工况确定了动载荷计算法为最适合的支架工作阻力计算方法,具有计算结果精确且参数容易选取的特点,确定了该工作面的支架最大工作阻力为6 359kN/架,工作阻力大于7 066kN的支架即可满足该工作面支撑要求。工程应用结果证明了利用动载荷计算法计算8102工作面支架工作阻力的正确性。     

深井大采高工作面矿压显现规律分析

本文以某矿深井大采高工作面为工程背景，分析了工作面周期来压期间矿压显现规律，研究成果为类似条件下工作面安全高效生产提供了借鉴。     

综掘工作面粉尘分布规律及通风除尘优化研究

为了确定通风方式对综掘工作面粉尘分布的影响,并探究综掘工作面不同通风方式下的降尘效果,以隆德煤矿209综掘工作面为研究对象,利用FLUENT软件模拟压入式通风方式下巷道中粉尘分布情况以及抽、压组合式通风方式下粉尘分布规律及降尘效果,并通过现场实测验证数值模拟的准确性。分析结果表明:压入式通风方式下工作面巷道中粉尘污染严重,粉尘影响区域较大且沉降缓慢;模拟结果与现场实测粉尘浓度变化规律基本相同,验证了数值模拟结果的可靠性,进而说明了建立的数学模型及其参数设置的合理性;通过对比长压短抽式及短压长抽式通风方式的降尘效果得出,压风筒出风口距离工作面5m的长压短抽式通风方法降尘效果最好,粉尘浓度可快速降低至6mg/m3以下。     

中厚煤层综采工作面支架实时工作阻力确定

为研究中厚煤层综采工作面液压支架实时工作阻力随顶板断裂的演化过程,建立了基于弹性基础梁的采场顶板力学模型,分析了顶板运移规律,指出上覆岩层超前工作面断裂,给出了超前断裂距的解析解。结合工程实际,分析了工作面初次来压和周期来压时顶板破断形式,得到了周期来压期间支架实时工作阻力的计算公式。研究结果表明:单个来压周期内老顶发生2次断裂,初次破断前,支架工作阻力是关于老顶悬露长度的非线性函数,当悬露长度达到极限破断距时,老顶发生破断,支架工作阻力达到最大值;二次破断前,支架工作阻力随工作面推进呈二次函数式增大,老顶发生破断时达到最大值。     

综采工作面初采初放期间矿压显现规律分析与总结

2903综采工作面是城郊煤矿二水平第一个单顺槽沿空掘巷综采工作面。项目针对该工作面初采、初放期间的矿压显现规律进行了数据采集、分析和总结。     

山脚树矿矿压监测与数据分析

介绍了山脚树矿某工作面的概况及对其进行矿压监测的目的、内容及注意事项,给出了矿压监测方案并进行了矿压数据收集和分析。通过监测和分析,可采取有效的处理措施来保证安全开采,同时矿压监测分析结果对于了解和掌握同一采区的其他工作面矿压显现规律、合理选择和改进支架有积极的指导意义。     

厚煤层分层开采综放工作面瓦斯涌出量预测

综放工作面与单一回采工艺工作面不同,采用AQ 1018-2006《矿井瓦斯涌出量预测方法》预测综放工作面瓦斯涌出量时存在较大误差,且目前缺少厚煤层分层开采综放工作面瓦斯涌出量预测方面的研究,导致瓦斯治理技术依据性不强。针对上述问题,提出了厚煤层分层开采综放工作面瓦斯涌出量预测方法。通过分析厚煤层分层开采综放工作面瓦斯涌出特点,确定了综放工作面瓦斯涌出来源,包括割煤、放煤、采空区、邻近层涌出瓦斯;针对不同瓦斯涌出来源,得出了相应的瓦斯涌出量计算公式,由此得到厚煤层分层开采综放工作面瓦斯涌出量计算公式。采用该方法对乌东煤矿及碱沟煤矿综放工作面瓦斯涌出量进行预测,预测值与实测值的误差均小于5%,满足实际生产需求。     

特厚煤层充分采动覆岩下沉规律研究

大同矿区特厚煤层临空工作面开采过程中强矿压显现问题较开采首采工作面时严重。为研究特厚煤层充分采动条件下的覆岩运移规律,采用采动覆岩内部岩移无线远程监测系统、钻孔电视窥视技术,对同忻煤矿8202工作面覆岩下沉位移变化进行了监测与分析,结果表明:特厚煤层大空间开采早期,覆岩会超前工作面出现自上而下的岩层变形破坏现象,之后才发生自下而上正常的层组破断下沉运移;采场覆岩变形破坏呈现阶段性台阶跃升的变化特征,与关键层所处位置具有一致的对应关系,表明关键层在岩层运动中起主控作用;充分采动条件下覆岩运动出现联动下沉现象。通过物理模拟试验进一步研究了充分采动时覆岩全地层联动下沉的本质,结果表明在主关键层初次破断前,各关键层的分组分层运动趋势较明显,当主关键层初次破断后,受各关键层周期破断长度及上下岩层复合破断规律的影响,覆岩下沉运移更易呈现全地层联动现象。     

综采工作面压力实时监测系统的应用

以羊场湾煤矿120204综采工作面为例,介绍了一种工作面压力实时监测系统的设计。该系统根据压力监测单元采集的各支架前柱、后柱、前梁压力参数,由地面主机中的分析软件给出量化分析结果,即支架前后柱及前梁压力变化、支架立柱的工作特性、支架立柱循环阻力的频率分布、顶板压力分布;并可根据支架立柱的工作特性分析结果分析支架压力变化与顶煤破碎效果之间的关系,从而为提高放顶煤效率提供依据。实际应用表明,该系统功能完善,能有效地反映工作面压力变化的全过程。     

综放工作面喷雾除尘技术及其应用

分析了综放工作面粉尘来源和产尘特点,重点介绍了采煤机喷雾除尘、移架和放煤口喷雾除尘、转载点和破碎机喷雾除尘、水幕捕尘网等除尘措施,并以常村煤矿的实践经验为例,验证了该喷雾除尘技术能有效降低煤尘浓度。     

微震监测技术在顶板来压预测预报中的应用

介绍了微震监测系统在千秋煤矿预测预报顶板来压中的应用情况。实践结果表明,微震监测系统可实现对综放工作面老顶初次来压的预测判断;微震监测与日常钻屑量监测、矿压监测等数据较为一致,采用综合性的冲击地压预测预报技术能更有效地对采场动力灾害进行预测预报;用大能量事件频次作为微震监测系统的有效参数可较准确地对采场动力现象进行预测预报,并总结出顶板来压的前兆信息模式,该项结论能有效预防采场动力现象和冲击地压事故的发生。     

综采工作面上覆岩层位移特征相似模拟

以淮南矿业集团谢桥矿1232(1)综采工作面为工程背景,采用相似模拟实验方法,研究了煤层开采过程中上覆岩层位移特征。结果表明:①随着综采工作面不断推进,垮落角基本保持不变,垮落带和断裂带高度逐渐增大,上覆岩层受采动影响不断增大。②上覆岩层垂直位移峰值基本位于采空区中部,向两端逐渐减小,上覆岩层垂直位移曲线基本上呈对称分布;随着综采工作面推进距离增大,垂直位移峰值不断增大;随着距煤层距离的增大,上覆岩层垂直位移不断减小。     

基于意识-情感-智能三位一体的煤矿供液过程控制

为保障煤矿工作面液压支架安全高效运行,提高供液系统智能化水平,通过分析供液系统多层智能控制目标,借鉴高等人工智能原理中的意识-情感-智能三位一体思想,设计并构建了供液系统的智能控制模型。针对现有自动化水平的供液基础控制技术、欠成熟智能化水平的稳压供液预测技术和成熟智能化水平的智能供液控制技术,分别设计基础意识模块、情感模块和理智与决策模块的功能结构,并将其嵌入智能供液系统,实现供液过程智能控制。上述系统在潞安集团王庄煤矿8110综采工作面进行了工业性试验,并取得了理想的控制效果。     

近距离煤层群综采工作面瓦斯治理优选措施

相对于单一煤层或其他煤层群开采,近距离煤层群在开采过程中邻近层受到开采层应力影响更为剧烈,瓦斯更容易通过发育的裂隙涌入开采层,造成开采层工作面瓦斯积聚。现有的针对近距离煤层群的瓦斯治理研究主要侧重于单一措施参数的确定及效果分析,没有深入研究瓦斯治理措施在时间、空间层面之间的联系,对综合瓦斯治理措施的优选组合、具体参数的确定依据及措施采取后的效果分析不够深入。针对上述问题,以阳煤一矿81403综采工作面为研究对象,通过数值模拟方式分析了近距离煤层群条件下开采应力分布及演化过程,研究了上覆岩层破坏及裂隙发育变化规律,得到了81403综采工作面瓦斯主要来源为煤层解吸瓦斯、上邻近层卸压瓦斯、采空区瓦斯等,针对不同瓦斯涌出源头和特点,优先采取顺层预抽+高抽巷+高位钻孔+采空区埋管的瓦斯抽采措施,即在开采前充分预抽减少煤层解析瓦斯量,通过高位钻孔、高抽巷处理邻近层瓦斯涌入,采用埋管治理上隅角瓦斯局部聚集,在时间和空间上形成综合的治理体系,从而达到瓦斯治理目的。实际应用结果表明,工作面回采期间瓦斯抽采率达到了89.9%,回风巷及上隅角瓦斯体积分数保持在1%以下,保证了工作面的安全回采。     

时间窗设置对综采工作面矿压预测精度的影响研究

综采工作面矿压预测对保障煤矿安全开采具有重要意义。深度学习领域的长短时记忆网络已被证实可以提高综采工作面矿压预测的精度。然而，时间窗设置（包括历史数据长度和预测数据长度）直接影响长短时记忆网络模型的预测性能。为此研究时间窗设置对矿压预测精度的影响。首先，采用长短时记忆网络的深度学习方法对平煤股份八矿14160综采工作面矿压数据进行训练，建立矿压预测模型。其次，研究用于预测的历史数据长度对模型预测性能的影响，确定最佳历史数据长度。再者，研究在精度允许范围内的最长预测数据长度。最后，采用最佳时间窗设置，对模型的预测精度进行分析。实验结果表明，时间窗设置对预测结果有显著影响，通过优化时间窗设置可提高综采工作面矿压预测的精度。     

基于随机森林的综放工作面煤矸图像识别

针对目前综放工作面煤矸图像识别方法存在的参数调节难度高、预测准确率低、易过拟合等问题,提出了一种基于随机森林(RF)算法的综放工作面煤矸图像识别方法。以担水沟煤矿6203综放工作面为工程背景,采集放煤口的煤矸图像并对其进行裁剪、灰度转化、对比度增强、图像滤波预处理;采用灰度-梯度共生矩阵提取出15个煤矸图像纹理特征;采用RF算法对15个煤矸纹理特征的重要性进行排序,并选取前5个实现降维处理,分析降维前后RF算法对煤矸图像的识别效果。结果表明,在决策树个数为150、采用log2^M+1方法计算每次分裂时的特征数情况下,降维后RF模型的煤矸分类准确率为97%,比降维前提高4%,煤矸分类查准率为0.98,查全率为0.96,且袋外错误经50次迭代达到9%,泛化能力更强。     

WiFi通信在薄煤层综采工作面的应用

针对薄煤层综采工作面对无线通信高可靠性、高带宽、低延时、广覆盖的需求,以榆家梁煤矿43101薄煤层综采工作面为应用背景,从频段选择、网络拓扑、基站布置、快速漫游切换机制等方面提出了应用于薄煤层综采工作面的WiFi通信方案:选择5.8 GHz为WiFi通信优选频段;该工作面已铺设有线网络,WiFi基站直接连接到有线网络;为确定WiFi基站之间的间距,在该工作面选取2个测试点进行信号强度测试,得出需要每隔约57个支架设置1个WiFi基站,实现相邻WiFi基站之间无线信号重叠覆盖;基于在线扫描、客户端链接质量排序、智能学习、预连接、数据缓存5种技术完成快速漫游切换,确保工作面的客户端始终连接最佳信号的WiFi基站。测试结果表明,该方案实现了工作面无线信号全覆盖,具有较好的通信稳定性,通信速率达30 Mbit/s以上,漫游切换时间为25~50 ms,达到快速漫游目的。     

综采工作面自动化系统集成研究

分析了综采工作面自动化系统已实现的功能及存在的问题,研究了综采工作面自动化集成方案,对现阶段实施综采工作面自动化具有指导意义。