芦岭煤矿Ⅱ927综放工作面瓦斯综合治理技术实践

芦岭煤矿Ⅱ927综放工作面在开采9煤的同时,对上覆的8煤底分层进行放顶煤开采,为解决综放面上隅角及放煤口瓦斯超限等问题,采取了风巷斜交钻孔、采空区埋管抽采、放煤口瓦斯处理措施等瓦斯综合治理技术,取得了良好效果,对相似条件下的综放工作面瓦斯综合治理研究具有极好的借鉴作用。     

综放开采瓦斯安全联动控制技术研究

高瓦斯综放工作面上隅角瓦斯体积分数容易超限,影响综放开采的顺利进行。针对如何实现综放开采瓦斯安全联动控制,给出了综放开采工作面瓦斯联动控制方案,在现有综采自动化系统基础上加装瓦斯传感器进行瓦斯体积分数数据监测,通过对综采自动化系统进行瓦斯体积分数预测模型分析并进行程序设计,实现综放开采瓦斯体积分数与采煤机、综放开采放煤的安全联动控制。针对采煤机速度和放煤动作与瓦斯进行联动控制,利用自回归滑动平均模型预测以30 s为周期对未来5 min进行区间预测,形成瓦斯体积分数0.8%作为控制值但不超过1.0%的联动控制逻辑,给出了控制策略和控制逻辑图,同时划定0、1、2三级预警利于软件界面展示。在王家岭煤矿12309综放工作面进行了现场应用,现场应用表明,采煤机割煤速度稳定在5.83～7.00 m/min,实际采用同一时间放煤口开关数量不大于2个,实现了瓦斯与采煤机、放煤关联控制,综合提升采放效率20%以上。研究可为类似条件下的工作面安全高效回采提供借鉴。     

基于激光扫描的综放工作面放煤量智能监测技术

放煤量智能感知是智能化综放开采的关键技术,通过综放工作面后部刮板输送机煤流量的实时监测可动态调控放煤口动作,结合煤矸识别和顶煤厚度监测信息可有效避免工作面过放和欠放,提高煤炭资源开采回收效益,防止刮板输送机过载等安全生产事故发生.提出基于激光扫描的综放工作面放煤量智能监测方法,引入三角微元法构建放煤量回归实时计算模型,...     

采煤工作面瓦斯涌出规律研究

通过对综放工作面周期来压前后瓦斯涌出情况和割煤、放煤期间的瓦斯涌出情况的监测,分析综放工作面瓦斯涌出量与工作面周期来压的关系,从而总结出综放工作面瓦斯涌出规律。     

白洞煤矿综放工作面煤矸识别研究

为提高综放工作面放煤效率,避免放煤过程中的过放和欠放,研究放顶煤过程中煤矸混合程度的自动识别技术,通过振动信号采集和数据信号处理技术,根据放落程度控制放煤口的放煤时间,对准确控制放煤时间、保证煤质、实现放顶煤开采工艺自动化具有重要意义。     

综放工作面引射除尘器的设计研究

通过对综采放顶煤工作面液压支架放煤口引射除尘器的研制，开辟了一条综放开采降尘的新途径，有效地除、降放顶煤生产时产生的大量粉尘     

高瓦斯综放工作面智能放煤关键技术研究与应用

目前高瓦斯综放工作面的智能化放煤面临着许多难题，主要包括煤矸识别精度较差、煤流与瓦斯浓度的控制不够全面、跟机工艺设计研发繁琐、控制系统响应较慢。为解决这些问题，研发了基于5G通信的云边端协同智能放煤控制系统，包括5G网络、云端服务器、边缘处理器、终端执行设备等，系统具有较高的数据传输速度、控制响应速度和数据处理能力，在对综放开采放煤工艺参数和智能放煤工艺流程分析的基础上，详细阐述了煤矸识别技术、大块煤识别与煤流负荷平衡技术、瓦斯安全联动控制技术、跟机放煤数字孪生技术四大智能放煤关键技术。在保德煤矿81309综放工作面进行应用试验，采用智能综放技术后，顶煤采出率由86%上升到93%，煤炭含矸率由21%下降到15%，总的生产效率提高了10%，放煤作业人员由原来的3～4人减少为1～2人。开发的基于5G通信的云边端协同智能放煤控制系统及其关键技术也可以推广到其他综放工作面，对煤矿减人增效和安全高效开采具有重要价值。     

论提高综放回采率的技术措施

提高综放回采率是综采放顶煤的关键课题.从放顶煤煤层赋存、开采设计和放煤工艺及设备选型等方面分析了综采放顶煤开采煤炭损失的原因, 并重点从综放开采设计、开采工艺、采区巷道布置、综放工作面设备等方面阐述了提高综放回采率的具体措施和实现途径.     

提高综放回采率的途径

提高综放回采率是综采放顶煤的关键课题。论文从放顶煤开采设计、放煤工艺及设备选型等方面分析了综采放顶煤开采煤炭损失的原因,并重点从综放开采工艺、综放工作面设备、采区巷道布置和生产管理等四方面详细阐述了提高综放回采率的具体措施和实现途径。     

综放工作面多放煤口协同放煤方法

针对当前综放工作面存在顶煤采出率低、混矸率高、放煤效率低等问题,提出综放工作面多放煤口协同放煤方法。根据给出的综放工作面多放煤口协同放煤方法的定义,以理论分析和数值模拟为手段,研究了多放煤口放煤条件下,起始放煤、中间放煤和末端放煤3个阶段的放煤方法和煤岩分界面特征,提出"多放煤口同时开启逆次关闭"的起始放煤方法。根据放煤口放煤的影响范围,以及顶煤冒落过程中的速度方程和顶煤颗粒移动方程,建立了多放煤口起始放煤方式的算法模型,理论上推导出起始放煤过程中放煤间隔时间差的计算方法,为起始放煤方法的应用提供了方法。通过分析综放工作面的特点,得出综放工作面顶板稳定性、瓦斯浓度、后部刮板输送机运输能力、粉尘浓度、工作面采放协调等是影响和限制放煤口数量的主要因素。以同忻煤矿8202综放工作面煤层条件为例,建立沿工作面方向的数值模拟模型,模拟并对比不同的单放煤口放煤方式和不同放煤口数量的多放煤口放煤的放煤规律、顶煤采出率和放煤效率,得出在多放煤口放煤条件下,放煤过程中的煤岩分界面相对平滑,顶煤采出率随同时打开的放煤口数量增加而增大。多放煤口放煤效率是单放煤口放煤效率的4～8倍,多放煤口放煤的顶煤采出率比单放煤口高5%左右。     

综放工作面放煤方式对顶煤放出率的影响规律研究

综放工作面顶煤的冒放性直接关系到煤层的回采率,顶煤的放出率影响因素较多,本文以唐家会煤矿6煤层综放工作面为研究对象,利用PFC软件分析单轮顺序放煤、单轮间隔顺序放煤及单轮间隔多口放煤等几种放煤方式对顶煤放出率的影响,结果表明:单轮间隔多口放煤时煤体下落过程中相互作用、相互碰撞,有利于增加顶煤放出率,且该放煤方式能够部署两个甚至更多的放煤口同时放煤,降低工作面完成一次放煤所需要的时间,是一种合理的放煤方式。     

南山煤矿综采放顶煤瓦斯综合治理技术

通过南山煤矿盆底区南翼15#煤层二分段综采放顶煤工作面生产实践,总结了特厚煤层综放开采过程中瓦斯综合治理经验。特厚煤层通过采前预抽、边采边抽及利用顶板瓦斯巷释放瓦斯等手段治理瓦斯,达到了工作面一次采全高、减少掘进工程量、提高煤炭产量的目的,为特厚煤层综采放顶煤工作面瓦斯综合治理起到了成功的借鉴作用。     

综放工作面采放协调关系及智能装备研究

研究了综放工作面产能、时间协调关系并确定了相应的协调作业工作。在此基础上,通过获取实时煤量信息并传输至荷载监测平台,实现了采煤机速度及放煤口的联动控制;改进了精确控制放煤机构,提高了液压支架放煤机构可靠性和稳定性。研究成果对于推进综放工作面智能化生产、促进煤矿安全高效开采具有重要的实际意义。     

王庄矿孤岛煤柱综放面高效回采工艺技术

为实现王庄矿43M1孤岛煤柱工作面高效开采,采用PFC数值模拟软件,分析了放煤方式和放煤步距对孤岛煤柱综放面顶煤放出率的影响规律;实测了工作面采煤机割煤、放煤、移架速度等工序的频度分布特征,优化了综放工艺方式,提出了保障工作面快速推进的技术措施,并成功应用于现场实践,43M1工作面最高日产7 373 t、平均日产5 530 t,实现了孤岛煤柱工作面的高效开采,可为类似煤层综放开采提供参考。     

特厚煤层智能化综放开采理论与关键技术架构

综放开采方法是我国特厚煤层矿区实现高产高效的主要技术途径,智能化综放开采是未来综放开采技术发展的重要方向。在分析千万吨级特厚煤层智能化综放开采技术和问题的基础上,围绕安全、高效、智能这一主题,综合考虑特厚煤层顶煤体和上覆岩层的相互作用,以掌握特厚顶煤冒放理论,实现综放工作面放煤智能化,降低含矸率、提高顶煤采出率为主导,提出要解决的关键科学问题和技术构想。针对综放开采存在的煤矸智能识别、智能放煤控制、“采-支-放-运”系统智能协调等主要难题,凝练出特厚煤层智能综放开采大尺度顶煤体破碎与冒放机理,特厚煤层智能化采放协调控制机理与方法,特厚煤层智能综放开采群组放煤过程控制原理三大科学问题。攻克特厚煤层群组协同智能放煤工艺决策技术,特厚煤层顶煤厚度与放煤量实时监测技术,冲击振动和高光谱融合的煤矸识别技术,多模式融合的智能化放煤装备及控制技术,综放工作面“采-支-放-运”系统智能协调控制技术五项关键技术。突破特厚煤层智能化综放开采技术与装备瓶颈,研发煤矸识别装置、开发智能放煤控制系统及软件,解决采放协调、煤矸识别、群组放煤等难题,创建年产1 500万t智能化综放开采示范工程。最终实现特厚煤层智能化综放开采,为我国特厚煤层的安全、高效开发提供可靠的技术支撑。     

综放开采顶煤破碎放煤工艺参数优化研究

提高顶煤回收率是综放开采技术的关键,而顶煤的破碎程度及破碎后的充分放出对顶煤回收率有着重要影响。因此,研究厚煤层综放开采顶煤在不同工艺参数下的破坏机理、破碎程度及放出规律,对于实现综放开采工作面的高产高效具有重要意义。以王家岭煤矿2#煤层12309综放开采工作面为研究背景,通过理论计算与相似模拟实验相结合的方法,得出合理的放煤步距为0.865m,并在合理机采高度和放煤步距的基础上研究了不同放煤方式,得出一采一放为最合理的放煤工艺;最后,基于研究得出的放煤工艺参数对王家岭煤矿2#煤层12309综放开采工作面放煤进行数值模拟,其顶煤回收率和含矸率分别为90.6%、7.2%,考虑到现场放煤控制难易程度及工作面生产效率,确定出合理的放煤方式为单轮间隔放煤。     

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。     

大采高综放开采顶煤放出的煤矸流场特征研究

采用理论和散体模型实验分析了大采高综放开采放煤口参数、采放比、放煤工序和放煤步距对煤矸流场的影响.大采高综放开采煤矸流场特征主要表现为:1)支架移架使顶煤放落后顶煤层位线和煤矸分界线的斜率变陡,明显比普通采高条件下的斜率大;2)放煤过程中煤矸的流动速度变快,在相同放煤步距条件下,在采高水平上煤矸分界线与支架顶梁末端的距离缩小;3)受采放比、掩护梁角度和放煤口尺寸影响而易于混矸.合理放煤步距移架后放煤前的煤矸分界线应略偏后于尾梁下部边界.基于以上研究结果.确定了大采高低位综放开采给定采放比、放煤口尺寸和煤矸块度条件下最佳放煤工艺参数.     

综放工作面顶煤冒放性分析及开采工艺研究

根据唐山矿业分公司多年来综采放顶煤开采的实际情况，对9煤层的冒放性进行分析，研究9煤层在放顶煤开采过程中顶煤、顶板的运移规律，对综放工作面放煤方式的确定、放煤步距的选择及开采工艺提出了见解。     

综放工作面采空区瓦斯涌出规律的数值模拟研究

采用迎风有限元数值模拟结合图形显示技术求解综放工作面采空区二维流场瓦斯涌出扩散方程,在放煤仿真边界条件下通过画面直观描绘放顶煤过程中瓦斯涌出及其分布动态变化过程。讨论了通过模拟试验确定防止综放工作面瓦斯超限的技术措施,结合具体算例,提出在工作面设置移动调节风障和采用“双九一六”作业形式降低漏回风侧（上行）的放煤强度来控制放煤瓦斯团涌入工作面的新方法。