超大采高综采工作面煤壁片帮机理及多维防护措施研究

针对超大采高综采工作面煤壁稳定性差、易片帮的问题,以榆林地区超大采高综采实践为基础对超大采高综采矿压显现规律和煤壁片帮特征进行了分析,建立了煤壁稳定性"π"形力学模型,分析了煤壁稳定性的影响因素,并结合金鸡滩煤矿8 m超大采高综采提出了煤壁稳定性多维防控措施.研究结果表明:超大采高综采来压强度高、持续时间长,支架载荷与...     

神东矿区7m大采高综采关键技术研究

针对6.3m以上采高综采工作面回采过程中遇到的矿压显现强烈、设备选型不合理等问题,以神东矿区浅埋煤层7 m大采高综采工作面为研究对象,分析其主要难题为支架稳定性差、煤壁容易出现大面积片帮、工作面两端头煤炭损失严重、工作面末采贯通难度大。通过开采实践得出大采高综采工作面关键回采技术,主要为工作面巷道布置及开采技术、设备配套关键技术、顶板岩层控制技术、快速贯通技术、防止煤壁片帮技术、两端头采用垂直过渡技术。通过关键技术的实施,保证了神东矿区浅埋煤层7m大采高综采工作面安全高效回采。     

坚硬厚煤层综采面煤壁稳定性影响因素分析

随着我国煤炭开采装备现代化水平的提高,大采高综采工艺成为重要的发展方向之一,然而,大采高综采一次性开采煤层厚度大,开采强度高,导致工作面来压显现剧烈,工作面煤体二次发育程度增大,工作面煤壁及顶板的稳定性将受到很大的影响。文章对影响坚硬厚煤层煤壁稳定性的采高、煤层强度、支架支护阻力等因素进行理论分析和数值模拟研究,根据研究结果对阳煤寺家庄矿采场提出防治片帮和冒顶的措施,应用后取得了良好的防治煤壁片帮的效果。     

8.5m大采高综采工作面煤壁稳定性的理论分析

大采高综采工作面片帮问题是影响高效安全开采的主要因素之一,为了研究大采高对煤壁稳定性的影响,基于上湾矿四盘区1-2煤层8.5 m大采高工作面围岩力学条件,采用压杆理论分析煤壁的挠度特征,得到煤壁容易发生片帮的位置在煤壁的中上部;并提出梯形滑块模型,在考虑摩擦力的前提下通过力学计算,得到护帮力不能小于0.251 MPa;针对8.5 m超大采高综采工作面,特别提出了采用支架增压增力复合护帮机构支护方式,护帮板长度分别为1 100、1 600、800 mm,总长度达3 500 mm,可以有效地减少工作面大块煤壁片帮现象。     

大采高综采工作面采高合理性研究及煤壁片帮防治

为了确定某矿大采高综采工作面的采高,对该矿井3#煤层进行采高设计,通过数值模拟分析得出,随着割煤高度的增大,煤壁最大水平位移逐渐增大。因此,考虑到该矿井的具体条件,确定其工作面开采高度为6.8 m,工程实践效果良好。由于大采高综采工作面煤壁片帮是不可避免的,针对该矿井煤壁稳定性的提高和改善,提出了几种防治煤壁片帮的措施和建议。     

8.2m超大采高综采成套装备研制及应用

针对6~8m厚煤层大采高一次采全厚综采技术与装备难题,以金鸡滩煤矿2-2上煤层赋存条件为基础,通过建立超大采高工作面顶板岩层断裂的"悬臂梁+砌体梁"力学模型及煤壁片帮的"拉裂-滑移"力学模型,研究了超大采高工作面顶板岩层断裂结构及煤壁片帮力学机理,研制了8.2m超大采高综采成套装备,实现了金鸡滩煤矿8.2m超大采高工作面安全、高效、高回采率开采。研究结果表明,通过液压支架与围岩的耦合动力学模型可以确定顶板岩层对液压支架的冲击动载荷,煤壁的破坏深度与开采高度、矿山压力呈正相关性,与煤体强度呈负相关性。通过设计研发大缸径抗冲击双伸缩立柱、三级协动护帮装置等新结构,提高了超大采高液压支架对围岩的适应性。通过研制大运量变频控制刮板输送机及新结构,解决了超大采高工作面瞬间煤量大、煤量变化大、片帮煤易压死刮板输送机等问题。研制了8.2m超大采高综采成套装备,设计采用"大梯度+小台阶"过渡配套方式,解决了端头煤损失问题。金鸡滩煤矿8.2m超大采高工作面日产5.7万t,月产达到150万t以上,实现了安全、高效、高回采率开采。     

大采高综采工作面煤壁片帮机理及控制技术

为控制大采高综采工作面煤壁片帮,通过理论分析、数值模拟、现场实测等研究方法,研究了大采高综采工作面煤壁片帮机理,在此研究基础上,根据淮南张集矿1215(3)大采高综采工作面具体条件,提出了俯斜开采、采用高阻力结构合理的液压支架、加快工作面推进速度、加固煤壁和及时带压移架等控制煤壁片帮技术,应用实践表明,控制煤壁片帮效果良好.     

大采高工作面采高合理性研究及煤壁片帮防治

通过数值模拟分析得出阳煤一矿S8310大采高综采工作面的合理采高为6.5m;通过对产生煤壁片帮的原因分析,针对性地提出防止片帮的控制方法,为提高大采高工作面煤壁的稳定性,减少片帮打好了安全技术基础。     

大采高综采面煤壁片帮特征分析与应用

片帮问题是制约大采高综采面安全高效开采的主要因素之一,为了弄清大采高工作面煤壁片帮特征,采用压杆理论分析完整性较好的煤壁的挠度特征,得到了煤壁容易发生片帮的位置在煤壁的中上部,并与现场实测结果对比分析,得到了大采高综采面两种典型的片帮形式:半煤壁片帮和整个煤壁片帮.现场采取了提高护帮板的使用率,增加支架的实际初撑力和工作阻力,及时移架等片帮综合治理措施,减少了工作面煤壁的大块煤片帮现象.     

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。     

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。     

特厚煤层大采高综放开采关键技术

大采高综放是特厚煤层的主要开采方法,但随着割煤和放煤高度的增加,将带来矿压显现剧烈、工作面煤壁片帮严重、顶煤采出率低、瓦斯涌出量大等突出问题。笔者在分析我国煤炭综放开采技术发展历程的基础上,以塔山煤矿8105工作面为工程背景,研究了14~20 m特厚煤层大采高综放工作面顶煤顶板运移规律,成功研发了大采高综放工作面片帮综合防治技术、高效高采出率放煤技术和“低瓦斯赋存,高瓦斯涌出”条件下安全保障等关键技术。井下试验表明：塔山煤矿8105工作面采出率达88.9%,较8104工作面提高5.9%;工作面设备平均开机率达92.1%,2011年累计生产原煤1 084.9万t,首次实现了大采高综放开采全国产技术工作面年产1 000万t的目标。     

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。     

基于大采高仰采面的煤壁片帮数值模拟研究

片帮往往引起冒顶,而冒顶的扩大引起片帮的加深,甚至使顶板破碎,引起支护方式的失效,造成机电事故、支架失稳等现象,严重影响了矿井的安全生产。为了研究大采高工作面煤壁片帮因素,采用UDEC数值模拟软件,分析了不同采高下和不同工作面深度下煤壁最大片帮深度与采高关系以及工作面埋深的关系曲线。研究得出:随着工作面采高的增大,煤壁最大片帮深度也逐渐增大;当采高小于4 m时,最大片帮深度增长幅度较缓,当采高大于4 m时,最大片帮深度增长较快,说明影响煤壁片帮剧烈程度的分界线为4 m;随着工作面埋深的增大,煤壁最大片帮深度也逐渐增加。该研究为预防大采高煤壁片帮提供一定的理论指导。     

采空区下近距离煤层巷道围岩稳定性分析及控制

针对近距离煤层工况条件下,下部特厚综放工作面开采时存在覆岩应力变化大、矿压显现明显、工作面支护难度加大,煤壁片帮、顶板漏冒事故多等问题,以王庄煤矿开采的2号和3-5号煤层工作面为工程背景,通过理论分析、采用UDEC离散元软件和FLAC 3D软件建模分析及现场应用实践等方法,对近距离特厚煤层开采条件下工作面采空区覆岩运动及顶板应力变化规律进行了研究分析。结果表明,上部2号已开采煤层覆岩关键层岩体发生断裂对下部3-5号煤层工作面来压强度影响巨大,容易引发工作面采空区顶板大面积来压。据此提出优化30501工作面巷道布置,将原回风巷向内侧偏移25.4 m,工作面倾斜长由原来的180 m缩短为154.6 m,从而减小上部煤层工作面留设的区段煤柱应力影响范围,同时通过优化工作面开采工艺、合理确定工作面三机设备选型和端头及超前支护方案。现场应用结果表明,工作面在掘进和回采过程中矿压显现程度及次数明显降低和减少,未发生过顶板、瓦斯等大型事故,实现了安全高效回采。     

大采高长壁综采技术在厚煤层开采中的应用

嵩阳东升(登封)煤业有限公司15104工作面煤层平均厚5.5 m,采用大采高综采技术进行开采。通过现场实测,分析了工作面矿压显现规律,并对大采高工作面煤壁片帮与设备倾倒、下滑问题进行了探讨,在此基础上介绍了开采方法与液压支架的选型。研究表明,支架工作阻力选择合理,呈正态分布状态,能够有效控制工作面的围岩稳定。     

综放工作面矿压显现数值模拟研究

近年来,综合放顶煤开采技术成为我国厚煤层开采中应用最为广泛的技术,针对综放工作面所具有的“加长”、“快速推进”的特点,采用FLAC^3D数值模拟计算研究了其矿压显现规律,模拟分析了综放工作面不同推进速度及不同长度条件下围岩的应力场、位移场及塑性区的分布与演化规律,得出了综放工作面的矿压显现规律,为工作面支架的选型提供了依据。     

大采高工作面煤壁片帮机理分析及防治技术

为了治理大采高综采工作面煤壁片帮,采用理论分析、现场实测等方法,研究了大采高综采工作面煤壁片帮机理。依据研究结果,结合赵固一矿12011工作面实际条件,提出了大采高工作面煤壁片帮防治措施。现场实践表明,采用防治措施后,减少了煤壁片帮现象的发生,保证了工作面的高产高效回采。