8.8 m超大采高综采工作面围岩控制关键装置优化设计

根据上湾煤矿8.8 m超大采高工作面围岩稳定性控制要求,对顶板支护、煤壁片帮防治和漏矸导流等关键装置进行了优化设计。结果表明:通过采用φ600 mm大缸径立柱和分级泄液大流量安全阀相互配合,实现了对顶板控制和缸体安全的统一;优化设计的伸缩梁与三级护帮板非随行式机构降低了响应延时,减少了煤壁及顶板的空顶时间,降低了冒顶、片帮事故的发生概率;L形防漏矸装置有效杜绝了因移架和相邻支架缝隙过大造成的漏矸伤人风险。通过优化设计的围岩控制关键装置为8.8 m安全回采提供了可靠保障。     

超大采高工作面液压支架与围岩耦合作用关系

针对金鸡滩煤矿坚硬厚煤层赋存条件,提出了8.2 m超大采高一次采全厚开采方法,分析了超大采高工作面液压支架与围岩的强度、刚度、稳定性耦合关系及控制方法,研制了ZY21000/38/82D型超大采高液压支架及新结构。基于液压支架与围岩耦合作用关系,采用理论分析与数值模拟方法研究了超大采高液压支架合理工作阻力确定的“双因素”控制法;通过建立脆性坚硬厚煤层煤壁片帮的“拉裂-滑移”力学模型,得出了控制煤壁片帮发生滑移失稳的液压支架临界护帮力;分析了销轴铰接间隙对超大采高液压支架稳定性的影响及控制方法。通过创新研制大缸径抗冲击双伸缩立柱、三级协动护帮装置等新结构,保证了超大采高液压支架与围岩系统的稳定性控制。     

8.8 m超大采高工作面巷道超前应力研究与实践

8 m以上特厚煤层超大采高综采工作面回采巷道高度超高、宽度超宽,顶板上覆岩层运移剧烈,两顺槽出口巷道顶板压力大,巷道超前支护难度比以往大采高工作面更加复杂,支护难度进一步增大。为解决超前支护难题,以国家能源集团神东上湾煤矿首个8.8 m特大采高工作面回采巷道为工程背景,对两顺槽出口顶板超前应力进行分析研究,确定超前支护长度及主要参数,并进行了工程实践,为类似地质条件特厚煤层两顺槽超前支护参数的确定提供借鉴。     

8.8m超大采高综采工作面设备安装干涉性分析

为了保证上湾煤矿12401超大采高综采工作面设备顺利入井及综采工作面安装后正常运行,通过结合巷道及设备尺寸进行动态干涉分析,保证最大尺寸的综采设备在巷道拐弯处等关键区域正常通过;将所有综采设备按实际尺寸布置在工作面中,进行平、剖面对比分析,保证综采工作面机头、机尾等特殊区域的通过性。在综采工作面投产前,对综采设备的运输、运行进行图纸预分析,有力保障了我国首个8. 8m超大采高综采工作面的顺利安装和投产。     

8.8m 超大采高综采工作面设备安装干涉性分析

为了保证上湾煤矿12401超大采高综采工作面设备顺利入井及综采工作面安装后正常运行,通过结合巷道及设备尺寸进行动态干涉分析,保证最大尺寸的综采设备在巷道拐弯处等关键区域正常通过|将所有综采设备按实际尺寸布置在工作面中,进行平、剖面对比分析,保证综采工作面机头、机尾等特殊区域的通过性。在综采工作面投产前,对综采设备的运输、运行进行图纸预分析,有力保障了我国首个8.8m超大采高综采工作面的顺利安装和投产。     

8.8m超大采高工作面矿压显现规律实测及机理分析

针对浅埋深超大采高工作面矿压显现强烈的问题,基于支架压力现场监测,对上湾煤矿8.8 m超大采高工作面矿压显现规律进行了研究。结果表明:8.8 m超大采高工作面基本顶初次来压步距为45 m左右,周期来压步距平均为13.5 m,动载系数平均为1.6;超大采高工作面周期来压具有来压步距短、来压持续时间长、来压区域性明显、动载矿压强烈等特点。根据工作面上覆顶板结构分析认为,工作面开采强度大、顶板活动剧烈,关键层结构单一、赋存层位低、易滑落失稳、上覆顶板整体性破断,是造成浅埋深超大采高工作面矿压显现强烈的主要原因。     

8.8 m超大采高综采面矿压显现规律及围岩控制技术

针对8.8 m超大采高工作面在超大采出空间下矿压显现强烈、围岩控制难度大的问题,以上湾煤矿12401工作面为工程背景,基于现场实测手段对8.8 m超大采高开采矿压显现规律和围岩控制技术进行了全面研究。研究得出：8.8 m超大采高工作面矿压显现具有来压步距短、持续时间长、动载矿压强烈等特征,但工作面超前支承压力影响不显著。采用三维激光扫描手段对超大采高工作面煤壁片帮特征进行了分区域、全方位、高精度探测,并根据工作面支架立柱压力和护帮力对煤壁片帮的影响关系,确定了超大采高工作面煤壁片帮预警指标和阈值。在矿压规律研究的基础上,探索出了一套超大采高工作面顶板灾害综合预警与防治技术,保障了8.8 m超大采高工作面的安全回采。     

8.8m超大采高工作面盘区规划与设计要点研究

上湾煤矿1~(-2)煤四盘区综采面设计采高8. 8m,回采设备均为重型设备,当前在用巷道系统已无法满足综采面安装回撤的需求。8. 8m超大采高综采工作面在巷道设计及掘进施工方面与普通大采高工作面也存在诸多不同,针对上述问题,结合采掘设备配套参数,上湾煤矿创新了1~(-2)煤四盘区大巷布置形式,解决了超大断面煤巷两端头过渡及顶帮支护问题,保障我国首个8. 8m超大采高综采面顺利安装投产。     

神东矿区8.8m超大采高工作面矿压综合监测与分析

为保障神东矿区8.8m超大采高工作面安全生产，建立了上湾煤矿矿压与微震综合监测预警平台，并基于大数据分析手段，对8.8m超大采高工作面矿压显现及顶板活动规律、支架工况等进行了分析。研究表明：8.8m超大采高工作面周期来压显著且矿压显现强烈，所采用26000kN支架具有较好的适应性|周期来压期间支架下缩量平均为73mm，支架下缩明显|固定围岩条件下支架下缩量与支架增阻量保持良好的线性增长关系，而不同围岩条件下支架下缩量与支架增阻量的对应关系则具有较大的离散性，支架系统刚度受围岩条件的影响较大|8.8m超大采高工作面微震事件能量水平整体较低，但频次较高，且微震能量释放超前工作面矿压显现的时空对应关系为利用微震监测结果开展超大采高工作面顶板大面积来压预测预报提供了可能。     

8.8m 超大采高工作面盘区规划与设计要点研究

上湾煤矿1-2煤四盘区综采面设计采高8.8m,回采设备均为重型设备,当前在用巷道系统已无法满足综采面安装回撤的需求。8.8m超大采高综采工作面在巷道设计及掘进施工方面与普通大采高工作面也存在诸多不同,针对上述问题,结合采掘设备配套参数,上湾煤矿创新了1-2煤四盘区大巷布置形式,解决了超大断面煤巷两端头过渡及顶帮支护问题,保障我国首个8.8m超大采高综采面顺利安装投产。     

神东矿区8.8m超大采高工作面矿压综合监测与分析

为保障神东矿区8.8m超大采高工作面安全生产,建立了上湾煤矿矿压与微震综合监测预警平台,并基于大数据分析手段,对8.8m超大采高工作面矿压显现及顶板活动规律、支架工况等进行了分析。研究表明：8.8m超大采高工作面周期来压显著且矿压显现强烈,所采用26000kN支架具有较好的适应性|周期来压期间支架下缩量平均为73mm,支架下缩明显|固定围岩条件下支架下缩量与支架增阻量保持良好的线性增长关系,而不同围岩条件下支架下缩量与支架增阻量的对应关系则具有较大的离散性,支架系统刚度受围岩条件的影响较大|8.8m超大采高工作面微震事件能量水平整体较低,但频次较高,且微震能量释放超前工作面矿压显现的时空对应关系为利用微震监测结果开展超大采高工作面顶板大面积来压预测预报提供了可能。     

浅埋深8.8m超大采高工作面冒顶机理及防治技术研究

为解决浅埋深8.8m超大采高综采面冒顶问题,实现特厚煤层综采面安全高效开采。以浅埋深8.8m超大采高12403综采面为研究对象,结合工作面地质条件与工作面参数,分析了工作面顶板冒落、煤壁片帮机理并以此制定了工作面煤壁加固、单向割煤采煤工艺、重型支架架缝、倒架、载头及咬架处理、刮板输送机内矸石快速处理及超大跨度梁端距假顶铺设等多项治理冒顶的关键技术。提出了做好地质资料分析、加强矿压预测预报、优化工作面设计、加强工程质量控制、提高员工技能水平及制定冒顶应急预案等多项预防冒顶的关键举措,为类似条件浅埋深超大采高综采面围岩控制、冒顶治理及预防提供了技术支撑。     

大采高综采面支架围岩关系的数值模拟研究

针对某矿大采高综采面实际,采用FLAC3D有限差分软件中的虎克-布朗模型,模拟分析了不同采高、不同截深条件下的煤岩破坏特征、应力场分布规律。结果表明:采高增大,采场煤岩破坏范围扩大,超前支承压力峰值增大,峰值点位置靠近煤壁;截深增大,煤壁破坏范围增大,支架受力增大,且采高越大表现越明显。研究成果在该矿3106工作面得到验证,可为类似条件下大采高综采顶板控制提供依据和参考。     

神东矿区8m以上超大采高综采工作面技术探讨

在结合上湾矿新开四盘区12401首采面地质条件的基础上,对超大采高综采工作面参数和产量进行了分析,计算了该工作面的支护强度要在1.6 MPa以上,护帮范围需要达到4.5 m以上,最后对8 m以上超大采高综采工作面主要综采设备的关键技术难点与可行性进行了分析,论证了8 m以上超大采高综采实现的可能。     

8.8m超大采高工作面矿压显现及顶板控制技术研究

针对上湾煤矿浅埋8.8m超大采高工作面回采时面临不同区域煤壁稳定性差异明显的现象,为了深入研究工作面冒顶沿推进方向存在明显区域性的难题,以上湾煤矿12403工作面地质条件为工程背景,通过12401、12402两个已采工作面进行工程类比,从埋藏深度、顶板特性、矿压显现、煤壁稳定性、顶板管理难度分析超大采高工作面冒顶的原因,结合12403工作面的埋深、顶板岩性及力学特性,将顶板管控状态划分为重点、异常、常态化三个区域,并提出上湾煤矿8.8m超大采高工作面端面控制措施,进而降低冒顶事故对工作面安全高效生产的影响。研究结果表明：煤层起伏波动大对工作面矿压显现及煤壁稳定性影响严重,通过对8.8m超大采高工作面采用支架位态调整、煤壁加固的多元化端面冒顶控制措施,可以有效提高煤壁稳定性,为8.8m超大采高工作面快速、安全、高效回采提供了保障,为超大采高冒顶控制提供了有效的防治措施。     

8.8m大采高工作面支架错茬调整方法研究

针对上湾煤矿8.8m特大采高工作面在生产期间频繁出现的支架错茬歪斜问题进行研究。认为刮板输送机的来回窜动、底板不平及移架过程中支架受额外力等都可能使支架发生错茬,其本质是有一个力矩M作用于支架,使支架发生旋转而错茬歪斜;支架错茬影响工作面支架整体的齐直度,可导致支架移动速度慢,也可引起支架发生倒架,程度较重时会影响调整工作面上下端头出口的大小,损坏支架推拉杆等部件。从导致支架错茬的本质原因出发,认为通过给错茬的支架施加一个反方向的力矩M′即可将其拧正而完成调整;寻找支架的重心点,然后将支架底座上的底调千斤顶作为调整时的外力F,利用F对重心点之矩M′调整错茬的支架;提出了支架错茬动态调整法,并说明了在常见的4种情况下的操作方法及注意事项;同时,结合工作面机头高、机尾低的实际生产条件及通过分析支架在移动过程中的受力形式,认为甩掉支架掩护梁右侧上方的侧推千斤同样有利于调整支架错茬。提出的调整方法在现场应用中效果明显,对于提升工作面整体的工程质量具有重要意义。