大采高综放工作面煤壁片帮与顶煤冒放性影响分析

针对塔山煤矿大采高综放工作面煤壁片帮防治难题,采用理论分析、数值模拟与现场实测相结合的方法,分析了相同机采高度情况下大采高综放工作面煤壁片帮较大采高综采工作面煤壁片帮剧烈的原因,揭示了综放工作面抑制煤壁片帮与提高顶煤冒放性之间的矛盾,研究了液压支架结构参数对煤壁片帮的影响。研究结果表明:由于受塑性破坏区叠加及顶煤冒落放出的影响,相同机采高度情况下,大采高综放工作面煤壁片帮比大采高综采工作面更加剧烈;合理的液压支架初撑力可在缓解煤壁片帮的同时提高顶煤冒放性;整体顶梁比铰接顶梁更有利于抑制煤壁片帮,同时可以通过适当增大液压支架顶梁长度来缓解煤壁片帮与顶煤冒放性的矛盾;护帮板与伸缩梁分体结构作为大采高综放液压支架一种新的护帮结构形式,比护帮板与伸缩梁连体结构更有利于抑制煤壁片帮。     

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。     

特厚煤层大采高综放自动化开采技术与装备

针对我国西部矿区坚硬特厚煤层综放自动化开采技术难题,研究了大采高综放工作面液压支架与围岩耦合作用关系,分析了坚硬特厚煤层顶煤冒放结构及液压支架合理工作阻力确定方法,研发了液压支架与围岩智能耦合控制系统及自动化放顶煤控制系统,实现了大采高综放工作面自动化开采。基于坚硬特厚煤层大采高综放液压支架与围岩耦合作用关系,建立了坚硬顶煤冒放的"悬臂梁"模型及顶板岩层结构失稳的"组合悬臂梁"模型,揭示了大采高综放工作面合理机采高度确定方法及合理液压支架工作阻力确定方法。通过分析两柱强力液压支架的承载特性,创新设计了大采高综放液压支架三级高效强扰动放煤机构,研发了综放液压支架智能耦合控制系统,实现了对液压支架姿态与受力状态的实时监测。基于大采高综放工作面分段多窗口多轮放煤工艺的时序控制自动化放煤逻辑关系,研发了自动化放煤控制装置,实现了坚硬特厚煤层大采高综放工作面安全、高效、高回采率自动化开采。     

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。     

坚硬特厚煤层顶煤冒放结构及提高采出率技术

针对西部埋深较浅、坚硬、特厚煤层顶煤冒放性差的问题,以金鸡滩煤矿2-2上坚硬特厚煤层赋存条件为基础,通过理论模型计算、数值模拟分析及设备结构优化设计等方法,分析了坚硬特厚煤层顶煤冒放结构及提高采出率技术。通过建立坚硬特厚顶煤的"悬臂梁"力学模型,计算分析了顶煤厚度与悬臂极限断裂长度的关系;首次定量分析了液压支架反复支撑对顶煤的损伤破坏效果,研究了液压支架主动支护作用力、反复支撑次数对顶煤破坏深度、破坏块度的影响;分析了大采高综放工作面煤壁片帮防治与提高顶煤冒放性的矛盾,通过优化液压支架架型结构参数解决了二者之间的矛盾;创新设计了强扰动三级高效放煤机构与综放工作面后部刮板输送机交叉侧卸布置方式,有效提高了大块顶煤的放出率与放出效率。     

大倾角大起伏特厚煤层综放开采关键技术研究

特厚煤层仰斜综放开采工作面,存在顶煤回收率低、煤壁片帮、冒顶现象严重、支架及设备稳定性差等问题,严重制约着工作面的安全高效回采。以瑞隆矿8101大倾角大起伏厚煤层综放开采工作面为例,对主采煤层及夹矸进行了回弹仪测试,研制三维顶煤放出模拟实验平台,现场放顶煤实测数据,回采率达85%,实现了工作面安全高效高回收率开采。     

大采高综放工作面煤壁弧型滑动失稳机理与控制技术

针对同忻煤矿8107大采高综放工作面煤壁严重片帮事故,综合现场调研、煤岩样力学试验、数值模拟及理论分析,建立大采高综放工作面煤壁弧形滑动失稳力学模型。结果表明:大采高中硬煤层片帮主要形式是煤壁上部的弧形滑动片帮,片帮起始破裂点位于煤壁深部顶煤"冒落拱"拱脚位置。严格Janbu法煤壁弧形滑动片帮安全系数计算结果表明:8107大采高综放工作面煤壁片帮关键控制指标为护帮阻力Fr,控制区间1 000~2 000kN;弧形滑动轨迹控制参数α,合理值区间30°~60°;煤体力学参数及顶煤冒落拱相关参数。煤壁片帮主要原因是支架护帮千斤顶进液管路严重泄漏导致支架护帮阻力不足,YHX型液压泄漏检测仪通过拾取分析泄漏产生的高频声波和振动信号实现了液压故障检测和准确定位。     

特厚煤层综放工作面合理采高的确定

针对某煤矿大倾角特厚煤层大采高综放工作面为对象,对特厚煤层综采放顶煤开采条件下,通过数值计算方法,分析了不同割煤高度对工作面煤壁、顶煤的屈服破坏、位移特征、煤壁前方煤体垂直应力分布情况。综合对比了不同采高下的影响效果及顶煤位移情况,从而合理确定采高,达到矿井安全、高产、高效的目的。     

大采高超长综放工作面采场矿山压力控制技术研究

综采放顶煤工作面采高的增大,会引起支护高度相应加大,支架重心提高,使支架容易发生滑倒与倾斜。采高增大造成煤壁高度加大,在矿山压力的作用下容易发生较大范围和深度的片帮。支架稳定性降低与煤壁片帮增加了端面冒顶的危险性,因此支架、煤壁及端面顶煤的稳定性控制技术成为大采高综放工作面的高产高效回采的基本保障。     

特厚煤层大采高综放开采提高工作面回采率技术探讨

放顶煤开采因其高产高效而被广泛应用,然而由于综采放顶煤开采技术的特点,决定了煤炭资源损失量较大。本文以大同矿区同忻煤矿特厚煤层大采高综放开采为工程背景,研究提高特厚煤层大采高综放工作面的回采率的技术措施。通过分析同忻煤矿综放工作面的煤炭损失构成,得出该矿综放工作面的煤炭损失主要集中在初采损失、末采损失、端头损失以及顶煤破碎度差丢煤损失。并从工作面参数选择、放煤工艺参数的确定、加大顶煤破碎程度、健全计量管理等方面对综放开采工作面回采率提高技术进行分析研究。     

综放工作面煤壁片帮分析及控制措施研究

为减轻综放工作面煤壁片帮现象,基于综放工作面煤壁易出现严重片帮等问题,结合山西某矿综放工作面地质条件,对综放工作面煤壁片帮机理与一次采全高工作面煤壁片帮机理进行了对比分析,得出综放工作面在放出顶煤后,会使工作面煤层高度得到变相增加,会加长煤壁裸露在外边的时间,综放工作面煤壁出现片帮的概率与片帮深度都相对更大,依据该结论,从支架初撑力方面、顶梁结构方面以及护帮结构等方面,提出了一系列控制综放工作面煤壁片帮的措施,通过应用这些措施,有助于减轻综放工作面煤壁片帮问题,更好的保障综放工作面安全生产。     

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。     

特厚硬煤超大采高综放小采放比开采技术与支架优化设计

为实现金鸡滩煤矿9~13 m特厚硬煤层的安全、高效和高回收率开采,采用理论分析和数值模拟等方法对不同割煤高度顶煤回收率和煤壁稳定性进行了分析,基于顶煤回收率、煤壁稳定性与割煤高度的对应关系提出了“以采为主,以放为辅”的超大采高小采放比技术。研制了ZFY21000/35.5/70D两柱掩护式强力超大采高放顶煤液压支架,基于抗冲击立柱、高效放煤机构等优化设计解决了超大采高综放易冲击、煤壁易片帮和硬煤易成拱的难题。超大采高小采放比综放开采是特厚硬煤提高回收率、实现高产高效的有效方式。     

特厚坚硬煤层超大采高综放开采 合理采高研究与实践

以榆神府矿区金鸡滩煤矿一盘区东翼8～14m特厚坚硬煤层综放开采为背景,采用理论分析、工程类比、工业性生产试验方法,研究采高(机采高度)对采场围岩稳定性和顶煤冒放性影响关系,确定榆神府矿区特厚坚硬煤层综放工作面合理采高。通过理论分析,探讨了增大采高对综放开采资源采出率、矿压显现程度、顶煤冒放性、煤壁稳定性、配套设备结构和性能、采放协调等因素影响。通过工程类比,对比分析相邻矿井综放开采和本矿井西翼超大采高一次采全厚工作面围岩稳定性和顶煤冒放性特征,给出了榆神府矿区综放开采合理采高的判断依据,得出超大采高综放开采技术上可行,安全上可靠。现场工业性生产试验表明:采高控制在6.3～6.5m时,围岩稳定性好,开采效率最高;工作面中部来压强度大,煤壁局部片帮深度一般为0.1～0.5 m,最大深度小于0.8m;100m试验段整体回收率约为87%,放煤段顶煤回收率约83%;工作面中部顶煤冒落块度小、冒放性好;端头顶煤冒落块度大、冒放性差;周期来压期间顶煤冒放性优于非来压期间。研究结果可为相似条件特厚坚硬煤层综放开采提供借鉴。     

大采高综放煤壁片帮及其支架性能分析

为了研究相同采高情况下大采高综放工作面煤壁片帮更剧烈的因素,采用理论分析、数值模拟、现场观测等方法,研究煤壁片帮受支架结构性能的影响,分析支架结构性能对煤壁片帮的作用。结果表明,大采高综放工作面煤壁片帮比大采高综采工作面更加严重。可以采取有效措施来降低煤壁片帮几率。     

大采高综放工作面煤壁片帮影响因素模拟研究

针对大采高综放工作面的煤壁片帮控制难题,在统计分析煤壁片帮基本形式的基础上,利用数值分析软件,研究工作面机采高度、端面距、支架工作阻力等生产因素对煤壁稳定性的影响,进而得出一些具有现实指导意义的控制参数和结论。     

厚煤层综放开采优化研究与配套实践

为确定王家岭矿12309工作面厚煤层综放开采合理的机采高度,采用FLAC3D有限差分程序及PFC2D离散元程序,对比分析了不同采高下顶煤的破坏特征、煤壁稳定性及放煤效果.结果表明:采高为3 m时,工作面前方支承应力峰值最大,此时煤壁的水平变形程度和控顶区顶煤的破碎程度适中,且放煤过程中顶煤的回采率最高、含矸率最低,分别...     

屯留煤矿高瓦斯松软厚煤层大采高综放开采技术

基于高瓦斯松软厚煤层通常采用普通综放开采,工作面割煤高度小于3.0 m,同时受工作面通风断面影响,工作面瓦斯经常超限,工作面单产较低.屯留煤矿为提高工作面单产,在数值模拟分析煤壁稳定性的基础上,论证了大采高综放开采工艺是适应的,确定了该矿大采高综放液压支架主要参数.实践表明,大采高综放开采是高瓦斯松软厚煤层进一步提高单产的有效途径.     

布尔台矿区42102工作面大采高改综放开采矿压显现分析

针对布尔台矿区原42102大采高综采工作面矿压显现强烈,煤壁片帮深度大,工作面液压支架前漏矸、漏顶严重等问题,采用FLAC3D数值模拟方法,对比分析了42102工作面在综放开采和大采高综采两种开采模式下的矿压显现规律,结果表明:综放开采可以有效降低煤壁片帮,并且采高越小,煤壁片帮值越小,采高3.5 m综放开采的煤壁片帮量仅为采高5 m大采高综采的65%左右,且顶板下沉量仅为综采的20%~30%。在42102工作面改为综放开采后,经现场实测:综放工作面煤壁片帮程度较大采高综采减小了50%,未出现漏矸、漏顶和冒顶现象,工作面支架工作状态良好,控顶效果良好。     

特厚煤层大采高综放工作面煤岩运移规律研究

为了提高特厚煤层大采高综放工作面煤炭回收率,以龙王沟煤矿6号典型特厚煤层综放开采为工程背景,采用理论分析、数值模拟及相似模拟方法进行顶煤破坏力学机制、运移规律和运移特征研究。结果表明:顶煤的压裂破坏依靠支承压力进行,机采高度以控制煤壁稳定和顶煤破碎度共同确定;工作面上方顶煤运移由水平位移向垂直位移为主转化,力源由超前支承压力作用向顶板断裂沉降主导改变;顶煤在分层弯曲沉降后受拉破坏,产生冒落;顶板岩梁运动导致顶煤超前碎裂垮落,顶煤受压减小或受矸石支撑会产生悬伸不垮、滞后垮落现象,优化开采工艺参数、支护强度或改进放煤机构可以提高大采高综放开采的煤炭回收率。