综采工作面智能化开采路径及关键技术

智能化开采是煤矿开采技术演进的必由之路,目前我国总体处于智能化开采的初级阶段,智能化开采理论体系尚需不断完善。通过分析我国不同煤矿开采阶段在生产信息获取、处理及控制技术等方面的技术特点,发现信息感知、分析和控制技术是煤矿开采方式进步的本质原因;基于智能化开采的基本要素,明确综采工作面智能化开采的内涵是以"互联互通"的智能化成套综采装备为载体,以物联网技术、人工智能技术、大数据技术、云计算技术、通信技术等现代技术与煤矿生产技术的深度融合为基础,通过智能信息感知、智能信息分析决策、智能控制与反馈,实现具有人工智能特征的工作面自动化采煤技术。提出综采工作面智能化开采的技术路径包含生产物理场景智能感知与矿山大数据储存,矿山大数据关联分析与智能决策,智能化生产装备精准协同控制等3个方面内容。结合目前我国智能化开采发展阶段和发展方向,提出了综采工作面智能化开采亟须突破的关键技术:开采全生命周期地质精准探测与建模技术;工作面生产场景精准感知技术;建立通信协议标准化的信息传输系统;复杂生产环境下的智能决策技术;智能化综采装备系统可靠性增强技术。结合工程实践介绍了基于人-装备-环境多源信息数据的特厚煤层智能化综放开采模式的初步应用。     

深部煤层工作面安全开采技术研究

在初压期间,基本的控顶方式采用五—四排控顶。在满足基本支护的前提下,考虑工作面倾角、断层对顶板完整性的影响,顶板回转来压对支柱产生的侧向推力作用等因素后,需适当布设一些特殊支护。     

深部卸压厚煤层大采高综采工作面矿压显现规律研究

针对深部卸压开采后蹬空条件下厚煤层大采高综采工作面矿压难以控制的难题,根据丁集矿1282(3)工作面复杂的地质条件,通过对该工作面矿压显现特征及液压支架工作阻力现场观测研究,获得了深部卸压厚煤层大采高综采工作面矿压显现规律,分析了厚煤层大采高综采液压支架的适应性,揭示了深部卸压厚煤层大采高综采工作面的顶板来压特征。     

缓倾斜煤层深部综采工作面矿压规律研究

深部煤层矿压显现不同于浅埋煤层,针对山东某矿深部综采工作面进行连续矿压观测发现:工作面初次来压步距为24 m,平均周期为16 m,来压影响范围为4~7 m,平均工作阻力为8536 kN。在来压与非来压期间,工作面沿倾斜方向的压力分布近似呈"峰"型;回采期间运输巷、回风巷表面位移整体变化量不大,且距离工作面越远,变形越小;巷道深部围岩变形呈非线性,围岩松动圈半径约为1.6~3.2 m,并且随着基点距煤帮表面的距离增加,其相应位移减小。矿压实测规律为采场和两巷支护设计及支护参数的优化提供了依据,对预防灾害的发生,保证煤矿安全生产等具有重要意义。     

深部近距离煤层群采动力学行为探索

我国深部近距离煤层群赋存开采比重大,采动力学机理不清,导致开采效率低,安全事故频发。深部煤岩体所表现出的物理力学特性及变形破坏特征较浅部有着本质差异,尤其在深部近距离煤层群开采条件下,临近工作面扰动影响将导致更加复杂的采动应力重分布过程。针对深部近距离煤层群采动影响下巷道围岩控制难题,依托平煤十二矿己_(14)和己_(15)深部近距离煤层群工程实践,在己_(15)-31030工作面进风巷内开展了巷道收敛变形、锚索应力现场原位监测试验,理论计算了近距离煤层群底板破坏范围并推导得出了巷道围岩变形速度公式,初步揭示了深部近距离煤层群采动力学行为。研究表明:己_(14)煤层底板破坏深度理论值约21.24～30.88 m,上覆煤层采动影响导致本煤层采场边界改变,巷道顶底板及左右帮收敛量约400 mm,巷道收敛变形量随采煤工作面推进呈现阶梯式缓慢增长与指数式快速增长两阶段模式,其中指数式快速增长阶段为巷道变形的主要阶段;锚索应力随采煤工作面推进呈现"近线性增长—跃阶式降低"两阶段演化模式,顶板锚索应力平均变化率、峰值应力均显著高于巷帮相应参数,巷道顶板采动效应较巷帮更为明显;锚索应力峰值点滞后最大收敛变形位置约40 m,采动影响时效相比单一煤层开采大幅延长约35 m,采动应力变化率及其峰值分别降低约53.5%,24.5%,己_(15)煤层采动影响范围约105 m;巷道围岩变形速率与距采煤工作面距离呈现反比例函数关系,在此基础上,进一步推导得出深部近距离煤层群距采煤工作面不同距离处围岩变形速度预测公式,并对比现场原位监测数据验证了该公式的合理性。研究成果可为同类深部近距离煤层群的巷道围岩变形速度预测、巷道支护及采矿技术优化等工程问题提供参考。     

深部开采综放工作面煤层自燃防治技术

华丰煤矿1410综放工作面开采的四层煤为厚煤层,属易自然发火煤层,工作面上下围岩温度33℃,工作面回风流温度28℃,环境温度高,对防火工作不利。四层煤属严重冲击地压煤层,已多次在工作面发生冲击地压事故,造成停产封面。冲击地压对工作面防火有重大影响,必须采取合理措施,确定合理的技术方案,治理自然发火,确保安全开采。     

深部煤层综采工作面切顶卸压沿空成巷技术

针对城郊煤矿深部煤层开采所带来的矿压显现剧烈、回采巷道围岩控制困难、采掘接续紧张等问题,研究了切顶卸压沿空成巷技术。结果表明,超前预裂沿空巷道顶板切断了顶板间的应力传递,顶板沿预裂面切落形成巷帮,破碎的岩石对顶板岩层起到支撑作用,改善了巷道围岩体应力分布。现场应用表明,顶板周期来压强度显著降低,避免了留设煤柱造成的资源损失和频繁修整巷道增加的支护成本,首次成功实现了深部煤层综采工作面切顶卸压沿空成巷。     

煤层注水在三软煤层大采高综采工作面中的应用

单县能源公司根据煤层地质条件选取了合适的注水工艺及注水参数,对大倾角大采高三软煤层综采工作面的煤壁进行超前注水,板结了松软的煤体,有效控制了煤壁片帮和梁端冒落现象,达到了较好的综采面降尘效果,节约了高分子加固材料费用。     

深部煤层超高水充填开采采动控制效果研究

深部煤层开采时,"三高一扰动"的赋存环境易导致地表塌陷、矿压显现剧烈,引发冲击地压等采动灾害,影响地面建筑物安全及矿区生态环境.为解决深部煤层开采时出现的采动损害,采用超高水充填开采技术进行治理,通过数值模拟和现场试验对超高水充填开采采动控制效果进行研究.结果表明:与垮落法开采相比,超高水充填开采充填率越高,采动损害控...     

软煤层大采高综采工作面煤壁稳定性研究

通过对压剪式片帮、重力滑落式片帮、横栱形片帮等软煤层大采高工作面煤壁片帮的机理分析,探讨了采高、煤体强度、停采时间、支架初撑力、软弱夹层、工作面推进方向等影响软煤层大采高工作面煤壁片帮的因素,并提出了增强工作面煤壁稳定性的六项技术措施。     

大倾角煤层综采基本问题研究

在对大倾角煤层开采矿压显现及岩层移动特征分析的基础上,提出了大倾角煤层应用综合机械化开采技术的基础问题,建立了“支架－围岩”相互作用模型,研究了大倾角煤层综合机械化开采支护系统稳定性控制途径及方法,结合四川华蓥山矿务局绿水洞煤矿的生产实际,给出了一个工程应用实例。     

大采高综采智能化工作面开采关键技术研究

大采高综采智能化工作面开采是采用综采智能化成套装备一次开采全厚达3.5~8.8m厚煤层的开采技术,其具有生产过程复杂、设备种类众多、矿压显现剧烈等特点。研究指出,矿压显现特征是围岩破坏强度明显增大、支承压力与峰值明显增大和煤壁极易发生片帮冒顶等,分析了其存在的问题并提出解决思路;提出大采高综采智能开采系统是一个复杂的系统工程,其关键控制技术是工作面总控制网络技术、围岩支架耦合控制技术、高清可视化技术、快速移架控制技术和设备三维虚拟现实技术。现场工程实践的应用是对大采高综采智能化工作面开采的一次有益探索。     

深部大采高超长工作面开采技术研究及展望

基于浅部大采高超长工作面应用的成功经验,在深部大采高超长工作面回采实践的基础上,分析了深部大采高超长工作面回采可能遇到的矿压显现、煤壁片帮、巷道变形和超前支护问题。分析表明,液压支架支护技术能够满足深部大采高超长工作面回采要求,煤壁片帮、巷道大变形与超前支护的适应性仍需加强研究。     

倾斜煤层大采高综采工作面开采技术

针对倾斜厚煤层采用大采高综采一次采全厚存在的设备下滑、支架倾倒、煤壁片帮等问题,通过采取合理的设备选型、工作面调斜、回采工艺改进、加强工作面技术管理等有效的技术措施,实现了快速推进和高产高效,取得了良好的经济效益.     

顾桥煤矿智能化综采工作面建设关键技术及改进方向

以淮河能源控股集团煤业分公司顾桥煤矿(以下简称“顾桥煤矿”)1613(3)智能综采工作面为例,介绍了该智能化综采工作面建设实现的功能及其智能化生产模式,对建设过程中涉及的采煤机、液压支架控制及智能割煤工艺等关键技术进行了研究。在引入成熟的SAM型综采自动化系统的基础上,采煤机采用光纤复合电缆与5G相结合的通讯方式,实现综采工作面惯导系统数据传输高效稳定,为自动找直创造条件;基于现场地质条件较为复杂的实际,优化了综采工作面中部回采工艺流程,实现综采工作面液压支架自动跟机移架;基于现场设备布置及具体动作,优化采煤机在端头部分的运行策略,实现端头“三角煤”区域采煤机自动运行和液压支架自动跟机。针对现场应用效果,提出了加强两端头煤壁支护钢带和锚杆的拆除及拾取工艺、增强回采工艺与围岩的耦合程度、提高视频识别准确性、加强液压支架调控与围岩耦合程度、增强液压支架姿态调整适应性等4项智能化综采工作面建设亟需解决的问题。     

大倾角煤层长壁综采工作面系统可靠性分析

从人-机-环境三个方面,分析大倾角煤层（35°~55°）开采条件下,走向长壁综采工作面各子系统的不可靠因素及故障机理,研究了大倾角煤层综采工作面人-机-环境系统可靠性指标及一般计算方法。     

大倾角煤层长壁大采高综采技术

硬顶软煤大倾角厚煤层埋藏条件复杂,大采高综采难度大,通过工作面三机配套、回采工艺及巷道优化布置、超前预爆破、工作面安全管理保障技术和煤壁片帮综合防控技术集成体系的应用,解决了该类煤层走向大采高综采难题,取得了良好经济社会效益。     

深部大倾角工作面开采技术研究

某煤矿933工作面埋深1000m,煤层厚度平均1.6m,煤层倾角平均35°,为了提高煤炭资源回收率,减轻工人劳动强度,提高工作效率,工作面使用ZY2800/14/32型综采支架,通过对支架、运输机实行防倒防滑、改变机组割煤、前移运输机方式、采取防飞矸等措施,实现了工作面的安全开采。     

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。