煤矿井下切顶卸压沿空留巷技术研究

煤矿井下地层结构复杂、采掘条件恶劣,存在一定的安全隐患。本文介绍了煤矿井下切顶卸压沿空留巷技术的理论基础和实施方案,以有效降低煤层塌陷、瓦斯爆炸事故的发生率,提高采煤效率和安全性。     

高瓦斯煤层切顶卸压无煤柱自成巷技术应用研究

针对传统的沿空留巷技术多是采用靠采空区一侧巷旁充填等方法进行护巷,存在成本较高、施工工艺复杂、施工进度较慢等问题,以杜儿坪煤矿高瓦斯煤层62711工作面为研究对象,研究了切顶卸压无煤柱自成巷技术,从预裂切缝关键参数设计、留巷补强加固支护、采空区挡矸支护、瓦斯安全管理方法等方面详细分析了切顶卸压无煤柱自成巷工艺流程,并在工作面进行了矿压监测分析。分析结果表明,杜儿坪煤矿采用切顶卸压无煤柱自成巷技术实现了对采场的卸压作用,成功保留了62711工作面轨道运输巷作为下一邻近工作面的胶带运输巷使用,明显提高了煤炭回采率,缓解了煤矿采掘衔接紧张,避免了残留煤柱导致的相关矿山灾害;"Y"型通风方式的使用有效地解决了工作面上隅角瓦斯积聚问题。     

石泉煤矿切顶卸压沿空留巷方案

在分析切顶卸压沿空留巷技术优势的基础上,结合石泉煤矿19022工作面地质及开采技术条件,提出适用于石泉煤矿的切顶卸压沿空留巷方案:回采巷道超前加强支护选择高强度锚索配合单体液压支柱迈步抬棚;对采空区至超前支护段的巷道顶板实施预裂爆破,构成卸压时的断裂切顶线;工作面后方的沿空留巷采用贴帮丛柱+单体液压支柱抬棚+液压抬棚的形式进行补强支护。矿压监测结果表明,巷道顶板平均下沉量为95 mm,两帮平均移近量为225 mm,符合巷道断面变形要求;巷道支架平均支护阻力为33MPa,符合巷道支护强度要求。     

煤柱留巷水力压裂参数对卸压效果的影响

针对煤柱留巷围岩变形控制采用的水力压裂卸压技术,为确定水力压裂参数,以山西晋城无烟煤矿业集团有限责任公司长平煤矿43122煤柱留巷为研究对象,利用平面离散元UDEC软件对水力压裂钻孔压裂次数和压裂位置对卸压效果的影响进行了数值模拟。结果表明:压裂分段长度越大,相应压裂次数越少,水力压裂对顶板的弱化效果越差,压裂分段长度以不超过4m为宜;压裂钻孔位于下区段工作面煤柱侧时会引起煤柱应力升高,压裂钻孔位于上区段工作面采空区侧和煤柱上方时均能实现煤柱应力降低,其中压裂钻孔位于上区段工作面采空区侧时卸压效果最明显。根据数值模拟结果确定的水力压裂参数进行了现场试验,结果表明,采用水力压裂卸压后,煤柱留巷围岩变形稳定期较未压裂时缩短33.3%,煤柱留巷顶底板移近量和两帮移近量较未压裂时分别降低63.5%和45.5%,煤柱留巷围岩变形量显著减小。     

留巷巷道定向水力压裂卸压机理及试验

煤柱上部应力是留巷巷道强烈变形的力源,对于变形严重的留巷巷道围岩控制,采用传统爆破卸压技术存在安全风险较高、污染环境、围岩破坏严重等问题。针对上述问题,提出了留巷巷道定向水力压裂卸压机理,即通过水力裂缝的扩展在顶板岩层中产生弱结构面,降低顶板岩石的整体强度,在采动应力作用下,使弱化后的坚硬顶板及时破断垮落,降低留巷巷道应力水平。以山西晋城无烟煤矿业集团有限责任公司长平煤矿4312综采工作面为试验地点,确定了定向水力压裂钻孔方案及钻孔布置参数。压裂结果显示:横向切槽深度达5mm,切槽效果良好;进行分段逐次压裂时,随着压裂处距钻孔孔口距离的增加,裂缝扩展所需压力相应增大。对留巷巷道压裂段和未压裂段进行了表面位移、煤柱应力监测,监测结果表明:留巷巷道变形主要以两帮变形为主,压裂段两帮和顶底板平均移近量比未压裂时分别降低约40.79%和69.80%;未压裂段的煤柱应力在接近工作面时出现峰值点,而压裂段的煤柱应力在距离工作面切眼后方200m左右出现峰值点,定向水力压裂转移了煤柱上部应力峰值位置。     

预裂切顶卸压沿空留巷围岩力学特性分析及巷道支护技术

近年来,随着支护技术、矿压理论的发展,沿空留巷技术的应用日渐增多,工艺技术逐渐成熟。该技术在邢台矿已成功开采5个工作面,并逐渐形成一套系统完整、适应性强且较为成熟的沿空留巷工艺技术。但由于之前一直未进行预裂切顶卸压,造成留巷的巷道顶、帮、底变形量大,需反复卧巷、刷帮、改支跑马梁等不少于2-3遍,后期还需套支工字钢棚,巷道需反复整修等,每年单体损坏约300-500根,工序复杂繁琐,作业空间狭小、环境差,职工劳动强度大,综合留巷成本高,给安全生产均带来较大隐患。综采工作面采用切顶留巷技术,切顶卸压后,围岩应力分析可以为顶板支护参数选择提供理论基础。工作面回采的过程中,采空区顶板垮落后,沿空留巷上方形成悬壁梁,容易产生较大变形。本论文通过研究巷道围岩应力变化,采用预裂爆破切顶技术,配合巷道加强支护,减小留巷变形,保证留巷效果。     

临涣煤矿穿层钻孔水力压裂技术应用研究

针对临涣煤矿存在瓦斯抽采率低、打钻数量过多且瓦斯抽采周期短的问题,提出了采用穿层钻孔实施水力压裂工艺的方法。实验结果表明,临涣煤矿实验区瓦斯标况纯量平均提高了19倍,瓦斯抽采周期延长了3倍多,说明此次井下水力压裂实验基本形成了适用于临涣煤矿矿井的穿层钻孔水力压裂工艺,该煤矿适宜通过水力压裂卸压增透,减少打钻钻孔数量。     

高瓦斯矿井高、底抽巷联合抽采瓦斯技术研究

针对煤矿松软低透煤层U型通风回采工作面的瓦斯治理存在抽采效率低、抽采浓度低、煤层透气性差、打钻成孔难等问题,以山西晋煤集团赵庄矿1307综采工作面为研究对象,提出了一种高瓦斯矿井高抽巷和底抽巷联合抽采的瓦斯抽采技术,即在原有U型通风的基础上外加一条高抽巷、一条中部底抽巷和一条边部底抽巷,边部底抽巷掩护2个掘进工作面的掘进,中部底抽巷穿层区域条带预抽本煤层瓦斯,高抽巷抽采上隅角瓦斯。确定了边部底抽巷和中部底抽巷的层位、钻孔布置及高抽巷的合理层位布置。实际应用结果表明,边部底抽巷掩护的煤巷掘进工作面最大瓦斯体积分数为0.48%,穿层钻孔抽采有效降低了掘进工作面的瓦斯涌出量;中部底抽巷抽采本煤层瓦斯后,瓦斯含量平均下降了4.18m3/t;高抽巷抽采负压为12～15kPa时,抽采纯量在46.13m3左右,减小了瓦斯向工作面涌出。     

煤层顶板深孔“钻-切-压”预裂防冲技术试验研究

针对现有顶板定向水力压裂技术中缝槽预制工序繁琐、成缝质量差的问题,提出钻孔、高压水射流切缝、高压水力压裂(钻-切-压)一体化预裂顶板防冲技术,并在葫芦素煤矿进行了试验研究。试验结果表明:“钻-切-压”一体化技术与装备在不退钻杆的前提下能够进行人工切槽,并采用单孔后退式多次压裂,提高了施工效率;使用的对称双孔型高压射流器能够高效形成4~5 mm宽度的人工缝槽,增大了切缝效果,并降低了压裂时裂缝起裂压力,扩展了压裂半径,单轴抗压强度为50~60 MPa的顶板岩层,单次压裂半径最大可达15 m;“钻-切-压”技术弱化顶板使得巷道围岩应力水平降低,临空巷道附近高能微震事件数量大幅减少,微震频次和能量无急剧变化,保证了工作面顺利回采。     

基于UWB无线通信技术在矿井中的应用研究*

介绍了我国煤炭开采中数据通信的现状和UWB的发展,阐明了脉冲产生方法及工作原理.详细分析了UWB抗多径、低功耗、强穿透力和高集成化等特点.结合煤矿井下的实际情况,提出了超宽带是一种适合煤矿井下且具有很大发展前景的无线通信技术.比估计的自适应变速方法.该方法根据估计流星信道信噪比的变化情况,动态地改变系统的比特速率,实现自适应变速,从而有效提高了流星信道利用率,实现数据的可靠传输.仿真结果表明,在相同信道条件下,该系统的数据通过量比固定速率传输系统提高2～4 倍,是一种有效而可靠的通信方法.     

LTE通信技术在煤矿的应用研究

分析了当前煤矿无线通信系统的现状以及矿井信息化、智能化发展对无线通信系统的应用需求,介绍了LTE通信技术的优势,提出了矿用LTE无线通信系统的网络架构设计,展望了LTE通信技术在煤矿的应用前景。     

基于分布式光纤技术的煤矿巷道顶板监测系统

当前巷道顶板变形监测方式为基于井下工业环网的在线实时监测,采用电子式和光纤光栅式的位移传感器并以无线方式连接,存在有较多监测盲点、误差较大、依靠连续供电等问题。针对上述问题,设计了一种基于分布式光纤技术的煤矿巷道顶板监测系统。该系统以布里渊光时域反射计(BOTDR)作为数据采集和分析的核心监测工具,采用5 mm钢绞线光纤作为感测光纤,以锚杆、锚索为固定点布设光缆,通过顶板光纤的应变变化来监测顶板变形状况,实现了对煤矿巷道顶板的实时在线分布式监测。现场应用结果表明,光纤应变变化能够实时准确地反映顶板变形情况,基于光纤应变的顶板监测结果与顶板离层仪监测结果、十字法观测结果一致。用光纤应变表征顶板变形程度消除了人为因素和断电等影响,保证了监测结果的客观性,这种长距离、耐腐蚀、抗干扰、无需供电的分布式光纤应变监测方式为煤矿提供了一种全新的巷道监测手段。     

深部掘进巷道爆破卸压防治冲击地压技术

针对深部掘进巷道采用大直径钻孔卸压防治冲击地压存在卸压强度低、卸压不及时、劳动强度大等问题,以陕西彬长矿区孟村煤矿401103回撤通道为工程背景,分析了冲击地压发生主控因素,认为煤岩层强冲击倾向性、大埋深、断层构造是诱发冲击地压的主要原因:煤岩层具有强冲击倾向性使得煤岩系统具备发生冲击地压的能力;工作面埋深大导致集中静载荷水平处于高位,降低了冲击地压发生门槛;主承载区高集中静载荷叠加断层能量积聚释放的集中动载荷,极易诱发冲击启动,进而导致冲击地压显现。利用爆破卸压防治冲击地压作用表现为结构重建、应力释放及能量消耗:对掘进巷道围岩支承压力峰值区域实施爆破致裂可在巷道围岩内形成卸压保护带,从而降低煤岩冲击倾向性、削弱高集中应力、增加冲击能量消耗,达到降低冲击地压风险的目的。针对401103回撤通道提出了顶板、掘进工作面、帮部爆破卸压方案,并采用震波CT探测及微震监测对卸压防冲效果进行检验,结果表明:采用爆破卸压方案后,高应力区面积减少了50%,应力集中程度明显降低;微震事件平均能量显著下降,均小于10⁴ J,且微震事件能量无急剧变化,卸压效果良好。     

基于ZigBee技术的煤矿巷道安全监测系统设计

针对煤矿巷道顶板安全监测采用有线网络采集数据存在布线工作繁琐、操作不方便、成本高和效率低等问题,设计了基于ZigBee技术的煤矿巷道安全监测系统。该系统通过无线应力计自动测量煤矿巷道顶板应力,利用计算机分析煤矿巷道顶板的应力应变参数,评估煤矿巷道的安全性。测试结果表明,该系统具有误差小、操作方便、成本低、效率高等优点。     

煤矿安全监控系统浪涌防护技术研究

介绍了常规浪涌防护技术,基于煤矿安全监控系统电磁兼容浪涌防护技术的理论研究和标准试验测试,指出常规浪涌防护技术对煤矿产品存在一定的不适用性,重点就常规浪涌防护设计与煤矿设备绝缘耐压要求及常规系统级浪涌防护设计与煤矿电气设备本质安全要求两大冲突问题进行了研究,并结合实际进行了原理性分析,最后给出了冲突问题解决方案。     

煤矿井下超宽无线传感器网络定位技术的研究

超宽带技术作为一种新型短距离无线通信方式,其所采用的纳秒级窄脉冲具有许多传统正弦载波无法比拟的优势。基于超宽带技术本身具有的特性,将其与无线传感器网络技术相结合,可以广泛应用于煤矿井下环境,通过无线传感器网络节点定位实现安全监测。本文主要介绍了无线传感器网络节点定位基本原理和算法,提出适合煤矿井下环境的定位算法,并且在传统的测距定位方法基础上进行改进。仿真结果表明,改进的定位算法有效的提高了节点定位精度和定位性能。