大采高液压支架初撑力与额定工作阻力合理比值研究

基于连续介质力学的离散元方法,建立液压支架数值模拟模型,将该液压支架置于工作面开采的实际物理过程中,实现综采工作面开采过程中液压支架与围岩耦合的动态数值模拟。以鄂尔多斯矿区某矿综采工作面覆岩条件及液压支架实际工作特性为基础,进行了综采工作面液压支架不同工作阻力条件下的数值开采试验。直观地反映了液压支架在不同初撑力、额定工作阻力条件下对上覆岩层下沉量变化和液压支架运行工况的影响。数值计算结果表明,液压支架初撑力对控制顶板岩层下沉量的作用比额定工作阻力大,当液压支架初撑力与额定工作阻力的比值为0.65~0.70时,具有最佳的运行工况。为类似条件下的大采高液压支架工作阻力选定提供了参考。     

深埋大采高工作面矿压显现规律研究

以河南某煤矿深埋大采高工作面为工程背景,通过数值模拟软件UDEC2D模拟研究了顶板的垮落形态、煤壁稳定性情况,并通过现场实测工作面支架工作阻力、巷道超前支护单体液压支柱的工作阻力。结果表明:上覆岩层垮落带高度和导水裂缝带高度与埋深关系不大。煤壁的稳定性受采深影响较大,采深增加后煤壁及端面破坏均为拉坏。     

浅埋煤层大采高工作面覆岩结构分析及支护设计

针对东圪堵煤矿浅埋深、薄基岩大采高工作面现状,利用3DEC数值模拟软件对该矿上覆岩层结构进行了模拟分析,并对工作面支护进行了合理设计.结果表明:东圪堵煤矿大采高工作面开采过程中,在采高4.0 m、基岩厚度30 m以上时,上覆岩层可形成稳定的承压结构,对工作面开采是有利的;工作面液压支架工作阻力7 400 kN以上时,可以有效控制顶板;大采高工作面支架选型合理,开采过程中顶板未出现台阶下沉现象,基本顶来压时顶板未出现压死支架现象.     

大倾角厚煤层放顶煤开采覆岩活动特征

为了分析13102工作面放顶煤开采后的覆岩活动特征,本文采用UDEC数值模拟的方法对仰斜开采放顶煤开采后的覆岩活动特征进行研究。模拟结果显示,随综放工作面的不断向前推进,工作面直接顶随采随冒,基本顶也将不断的破断和垮落,但基本顶回转量较大,破断顶板相互间未能铰接形成"砌体梁"结构,致使综放工作面矿压显现较为剧烈,从而导致综放工作面液压支架的工作阻力呈现较大值,尤其是液压支架的尾部受到顶板压力较大。     

特厚煤层大采高综放开采液压支架的适应性分析

大同煤矿集团塔山煤矿3～5号煤层平均厚度14.5m,采用特厚煤层大采高综放开采技术。运用理论计算与数值模拟相结合的方式,确定液压支架的工作阻力为P'Z=15000kN。选用ZF15000/28/52型大采高综放支架、ZFG15000/28.5/45H型过渡液压支架和ZTZ20000/30/42型端头支架。通过工业性试验对液压支架进行适应性分析,液压支架工作阻力分布较合理,利用率高,对工作面的顶板条件适应性较好;支架平均初撑力7883.17kN,接近90%工作面支架的初撑力大于5000kN,分布频率总体呈线性关系;支架前后立柱受力较均衡,立柱受力状况良好。     

残煤复采工作面过空巷液压支架选型研究

以圣华煤矿1301工作面为研究背景,对复采工作面过空巷时所选液压支架进行参数设计。采用实测统计法与数值模拟法确定液压支架工作阻力,使工作阻力参数值更具合理性,为工作面生产提供安全保障。通过矿压实地监测工作面周期来压步距,理论计算合理选择支架高度和初撑力,并最终分析确定工作面液压支架架型。     

大宁煤矿大采高工作面液压支架选型研究

为解决大宁煤矿大采高工作面顶板控制难,液压支架支护阻力不足等开采难题,以3#煤层四、五采区为工程背景,通过理论分析初步确定了液压支架的支护参数,并采用数值模拟及静应力分析分别核算了支架的支护强度及工作阻力。结果表明：支架支护强度选取在1.1～1.2 MPa较为合理,工作阻力达到12 000 kN能够满足回采要求,最终选用ZY12000/25/55D两柱支掩式液压支架。     

坚硬顶板液压支架高度确定及工作阻力计算

液压支架高度和工作阻力是综采工作面支架选型最重要的2个指标参数。为了确定成庄煤矿15#煤层开采液压支架的高度和工作阻力,依据该煤层地质钻孔中显示的煤层厚度绘制了15#煤层等厚线图,并分盘区计算出不同煤层厚度范围相应的面积,根据煤层厚度的集中度确定了液压支架的高度。运用采高容重法、顶板结构法及行业标准计算方法,对该矿坚硬顶板条件下液压支架的工作阻力进行了计算。通过与顶板条件相似的凤凰山矿15#煤层工作面开采工程类比可知,成庄矿15#煤层开采液压支架工作阻力选择不低于12 000 kN是合理的。     

巨厚岩浆岩下开采覆岩移动规律及采场压力变异性分析

应用UDEC2D计算软件,对济宁二号煤矿巨厚岩浆岩下煤层开采的覆岩移动规律及采场压力变异性进行了数值模拟,揭示了在开采过程中采场覆岩移动规律、工作面支承压力和支架阻力的变异性,系统分析了岩浆岩层作为关键控制层对覆岩移动和采场压力的影响。     

青龙寺煤矿5-20102工作面矿压显现规律研究

煤矿开采过程中的工作面顶板垮落是危害煤矿安全生产的重要因素之一,进行工作面矿压显现规律研究对煤矿安全生产具有重要意义。通过数值模拟方法进行煤矿工作面开采模拟,研究了有无初采水力压裂条件下青龙寺煤矿5-20102工作面在采动影响下覆岩变形垮落规律和液压支架变形与工作阻力变化规律。研究结果表明,无初采水力压裂条件下工作面初次来压步距约为24 m,周期来压步距为8～14 m,平均周期来压步距约11 m,液压支架最大竖向位移约为273.5 mm;与无初采水力压裂相比,有初采水力压裂条件下工作面初采来压步距减小约20%,其周期来压步距基本保持不变,而液压支架最大竖向位移减小17.4%～35.6%,且液压支架出现最大位移的时间节点要比无初采水力压裂下提前3～4 m。     

“两硬”围岩作用下工作面液压支架工作阻力监测研究

以某矿工程实际为背景,对“两硬”围岩作用下初采阶段、回采阶段、末采阶段,工作面液压支架的初撑力、工作阻力进行监测。通过分析发现,在初采阶段液压支架的初撑力最小,随着回采初撑力逐渐增大,在末采阶段初撑力达到最大1 696.7 kN,达到额定初撑力的55.05%;在初采阶段,工作面机头支架末阻力并不是很大,支架末阻力值主要集中分布在1 000~2 500 kN;在回采阶段,工作面机头支架循环末阻力值表现出了较为标准的正态分布形式,而其他支架末阻力则表现出了偏向高阻力区间的偏正态分布形式,同时工作面支架末阻力整体表现出了中部最大、机尾次之、机头最小的特征;在末采阶段,工作面支架阻力呈现出了分布变化无规律的情况,工作面支架末阻力整体表现出了偏高现象。     

特厚煤层大采高综放面组合悬臂梁运动特征及支架阻力研究

针对直接顶岩层结构对大采高综放采场矿压显现影响较大的特点,基于关键层理论与岩块铰接条件,分析直接顶岩层运动特征及液压支架工作阻力合理确定方法,以准格尔地区某矿大采高综放工作面为例计算分析。研究表明,特厚煤层综放采场直接顶关键层及其上位直接顶形成组合悬臂梁结构,随工作面推进破断回转,与其后方的已破断岩层接触、分离滑落,其重量由后方已破断岩层与液压支架共同承担,其悬臂破断回转、与已断岩层接触、分离滑落的过程直接影响着工作面矿压显现。正常回采阶段液压支架仅承受顶煤及下位直接顶的荷载;来压阶段应保证承受顶煤、下位直接顶及组合悬臂梁破断所施加的荷载,才能防止支架压死、活柱急剧下缩等现象;依据其力学特征确定了大采高综放工作面合理的液压支架工作阻力。     

工作面支护与液压支架技术理论体系

工作面支护是安全高效综采的首要条件,液压支架是综采系统的核心。笔者和其合作团队持续30多年致力于综采工作面支护与液压支架技术理论的研究和实践,建立了综采工作面支护与液压支架技术理论体系框架,提出了液压支架与围岩耦合原理,建立液压支架与围岩耦合模型,分析了液压支架与围岩的强度耦合、刚度耦合和稳定性耦合规律,阐述了液压支架合理工作阻力、临界护帮力和支护系统稳定性控制策略,提出液压支架三维动态优化设计理论和方法,将围岩下沉、断裂等力、力矩以及边界条件的变化通过液压支架骨架模型传递和分解到具体的液压支架结构上,借助三维设计平台动态模拟仿真液压支架与围岩耦合作用的力学特征,优化得出对围岩最优支护效果的液压支架结构参数。提出液压支架系列型谱和工作面支护系统液压支架群组的自组织协同控制方法,将支护系统群组自组织协同控制分解为围岩自适应控制和队列保持推进控制两个控制线程,同步实现群体系统协调控制。建立了工作面支护设备技术标准体系。     

俯伪斜工作面支架稳定性分析及控制技术

本文针对重庆地区逢春煤矿S2611急倾斜薄煤层工作面开采难题,建立了工作面支架下滑、倾倒的失稳模型,分析了煤层倾角、支架自重、工作阻力等影响因素与支架下滑、倾倒安全系数之间的关系。以此提出了采用俯伪斜布置的走向长壁综合机械化采煤法,并研制了适用于这种开采条件的ZJY2400/8.5/15.5型液压支架,计算得到ZJY2400/8.5/15型液压支架的下滑、倾倒安全系数均大于1。在此基础上,提出了在支架顶梁上安装防倒装置,在支架底座上安装防滑装置,在支架顶梁和掩护梁上安装活动侧护板,在支架底座上侧安装底调装置及改变支架的移架方式等技术措施,可以防止工作面生产过程中支架下滑和倾倒,有利于提高工作面支架的整体稳定性。     

自夯式矸石充填液压支架在深部矿井的应用

针对邢东矿12212工作面赋存较深、煤层厚度较大,且位于村庄下难以开采的问题,本文采用理论分析法对工作面开采难点、矸石充填开采液压支架与围岩的关系进行了研究。基于相关研究,确定了自夯式矸石充填液压支架的选型原则与要求,同时通过理论计算得出液压支架的支护强度、工作阻力等参数,并进行现场应用。结果表明自夯式矸石充填液压支架应用成功,深部矸石充填技术实现了对地表沉降的有效控制,且开采过后地表破坏等级属于1级程度,基本无破坏。     

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。     

综采工作面过沟谷地貌的覆岩结构演化规律及协同控制

为解决中西部地区沟谷地貌条件下厚煤层综采强矿压灾害问题,采用理论分析和数值模拟方法,研究沟谷地貌条件下开采覆岩结构特征和时空演化规律,建立沟谷地貌条件下回采工作面支架承载力学模型,得到支架载荷并进行支架合理选型,提出了协同控制措施。研究结果表明:工作面进、出沟谷过程中,破断块体临空侧在上坡段缺少水平应力,无法形成稳定铰接结构,极易发生滑落失稳和整体下沉,失稳后全部载荷作用于工作面支架,是强矿压事故发生的根本原因。提出支架工作阻力和支架架型优选,以及对动载易发区域超前预警、加强临时支护的协同控制措施,现场实测发现ZY12000/28/64D型液压支架工作状态良好,能够较好地适应沟谷地貌条件下煤炭的安全生产要求。     

天安煤矿20104工作面矿压显现规律及支架适应性分析

为分析20104工作面的矿业显现规律及液压支架的适应性,工作面回采期间监测液压支架的工作阻力,通过分析液压支架时间加权工作阻力随着推进距离间关系曲线分析工作面的矿压规律,得出工作面的周期来压步距为16.9~21.9m,工作面动载系数表现为工作面两端头大、中部小的特征;基于支架初撑力与循环末阻力间相关性和支架支护阻力频率分布特征分析支架的适应性,得出支架工作阻力呈现出中间大两端小的分布特征,ZF5600/17.5/28型额定工作阻力偏小,工作面回采期间存在一定的压架危险性,应在工作面来压期间加强液压支架的管理,以充分保障支架的安全。     

综采工作面智能化开采技术研究

基于综采工作面智能化开采的发展现状与要求,系统阐述智能化煤矿的基本构架、智能化开采的技术特征以及智能化放顶煤的关键性技术,包括液压支架跟机自动化技术、采煤机记忆截割技术、工作面视频监控技术、远程集中监控技术、振动法自动放煤以及记忆模式自动放煤等智能化开采技术.针对当前智能化工作面开采技术难题,提出采煤机智能调高、液压支...     

特厚煤层大采高综放工作面覆岩结构及支架工作阻力研究

为了掌握特厚煤层大采高综放工作面的覆岩结构及支架合理工作阻力,以同忻煤矿8107工作面为研究对象,采用理论分析、现场观测的方法对特厚煤层大采高综放工作面覆岩的破断和组合形式进行了研究,建立了覆岩力学模型,得出了同忻煤矿8107工作面支架工作阻力计算式。结果表明:正常开采期间,大采高综放工作面直接顶易形成具有整体性的倒台阶组合悬臂梁结构,悬臂梁结构的破断、回转是支架—围岩互馈过程中的主要压力来源;来压期间,高位砌体梁结构与低位悬臂梁结构耦合形成“砌体梁—悬臂梁”结构,砌体梁结构的滑落失稳引起悬臂梁结构的协同回转,是大采高综放工作面强冲击来压的原因;实测8107工作面正常回采以及来压时支架工作阻力分别为26 MPa(9750 kN)和40 MPa(15000kN),与理论计算结果较为吻合;8107工作面采用的ZF15000/27.5/42型四柱低位放顶煤支架能够满足生产需求。