首页 >
论文范文 >
工程工业论文 >
工程综合论文 >
矿业工程论文 >
大倾角复杂煤层回采工作面灾害防治与安全技术应用
0
给我们留言吧!
摘要：某矿采区内含可采煤层6层，平均倾角达到45°,使得工作面回采工艺复杂化，移架、推溜、放煤工序都受到限制和影响，矿山压力显现规律与缓倾斜煤层相比发生明显变化，大倾角煤层顶板侧向应力加大，工作面顶板控制等问题突出。工作面液压支架下滑、倾倒可能性增大，所以液压支架的防倒防滑措施更是解决问题的关键。针对某矿大倾角开采条件，对其开采过程中的安全支护技术进行研究。主要通过试验室试验完成对岩石力学性质的测定，并根据试验结果进行理论计算和数值模拟，分析工作面矿压显现规律和大倾角综放采场的顶板结构形式及支架与围岩的关系，为确定支架支护阻力提供依据，并且通过建立力学模型，理论分析支架对大倾角工作面的适应性，最终根据相应的采高来确定支架型号，并为矿山的安全开采提出有效建议。
加入收藏
近年来，煤矿的开采以机械化和自动化为发展方向。但其开采工艺和技术，还存在开采装备落后、开采工艺复杂、开采效率不高等问题。因此，煤层开采需根据煤层条件和技术条件，采用合适的采煤方法和支护技术[1]。本文根据某煤层的实际条件提出了一种防护方法。
某煤矿井田总体形态为一地层走向近东西向的向斜构造，向斜位于井田的中部偏南，东西贯穿全井田[2]。矿井先期开采区域为煤层浅部，但由于其大倾角综采技术难度较大，矿井建设规模为1.2×106t/a.计划首采1号矿井，1号矿井内煤层赋存条件多变，结构复杂，全井田可采及局部可采煤层13层，首采区范围内局部可采及可采煤层6层，煤厚不稳定，厚度平均变化大，倾角42°～53°之间，局部达到53°以上，平均达到45°,导致工作面回采工艺相对复杂，矿山压力显现规律与缓倾斜煤层或水平煤层相比变化明显，对于大倾角工作面，顶板不仅产生垂直于工作面的压力，而且有较大的侧向应力。尤其是对于工作面中、上部，由于采空区岩石冒落，采空区下部被岩石填满，工作面中、上部较空，这种现象导致工作面中、上部顶板具有更大的侧向压力[3],而这种沿倾斜方向的矿压分布势必造成工作面中、上部煤岩位移量大，移架、推溜、放煤工序都受到限制和影响，综放工作面液压支架的安装与工作面推进难度增大，并且工作面支架的下滑、倾倒问题严重。因此必须选择合理的支护方式和开采工艺，加强对工作面顶板的控制，工作面液压支架应采用防倒防滑措施以适应大倾角工作面矿压分布规律，尤其中、上部液压支架更是解决问题的关键[4]。
1、支护强度分析
根据砌体梁理论、岩重法、顶板结构分析法和顶板破坏模型分析法研究支架的支护强度，最终取得最大值为5 490 kN.通过理论分析模型支架的工作阻力也应不小于5 490 kN.通过FLAC3D数值模拟，最终确定支护强度应大于6 MPa,最大控顶距a=5 m,中心距b=1.5 m,则该煤首采面所需的合理支护阻力P=3 820 K,安全系数K=1.3,则最终支护阻力P=5 000 kN.综上，支架工作阻力应不小于5 490 MN.计算过程如下：
P=nqabcosα
式中：n为安全系数，取1.4;q为支护强度，取0.72 MPa;α为煤层倾角，取45°;a为最大控顶距，取5 m;b为支架中心距，取1.5 m.
2、支架高度分析
ZF5600/16/28型放顶煤液压支架最低高度1 800 mm,最高高度2 800 mm.降低开采高度，能够有效防止支架倾倒。开采时，对于平均厚度约4 m和平均厚度8.7 m的煤层，采用采放结合的方法，而对于平均厚度小于3 m的煤层，座上设计了2个140 mm缸径的调底座千斤顶，每个推力484 kN,支架底座侧面的调节推力为2×484=968 kN(96.8 t)。同时每个千斤顶液压锁控制，在支架受到侧向载荷时，整个工作面支架通过侧护板和底座防滑装置使支架一架一架地靠在一起，保持一个有机的、稳定的静止状态，从而实现了支架静止状态的安全稳定。
侧护板装置相对于常规侧护板增加了箱型结构，增强了刚度，在一定程度上可以增大急倾斜煤层工作面的支架对上邻架沿工作面倾斜方向的支承力，同时还可以防止侧板的弯曲变形。另外，顶、掩侧护板的搭接，采用了掩护梁侧护板压顶梁侧护板的结构形式。在液压控制方面，实行单独控制，当支架尾部下滑时，可单独控制掩护梁侧护板进行支架的尾部调正，在一定程度上起到了防滑作用。另外支架配有防滑底调装置，如图1所示，防滑底调装置由置于支架底座内的2个千斤顶、2个导向杆和1个防滑梁组成。防滑梁的形状和尺寸根据支架底座的结构及尺寸确定，设计成梯形长框结构，位于支架底座侧面由防滑梁将2个千斤顶和2个导向杆连成一体。
图1防滑底调装置
图2为中间架辅助防倒装置，中间架辅助防倒装置的主要作用是通过在支架间安装特定的装置，如液压千斤顶、防滑千斤顶等，来增强支架的稳定性，防止支架在移动或工作过程中发生倾倒，从而确保工作面的安全和稳定。这些装置可以根据实际情况进行设计和安装，如采用隔架设置、对称布置等方式，以确保在液压拉力或其他力的作用下，能够有效地将倾倒的支架拉回正常位置，保持其支护状态。
图2中间架辅助防倒装置整体示意(单位：mm)
3、支架防倾倒分析
在工作面支架的顶梁上，布置缸径为100 mm的防倒千顶两架或三架组，增强支架的防倒性能，如图3所示。防倒千斤顶两端分别通过铁链和铰接的方式与相邻两架的顶梁相连，通过防倒千斤顶的推拉来实现防倒和调架。这种平拉式防倒结构的优点是千斤顶的力量能够充分发挥，调架的力量较大。而且节省了斜拉式防倒装置所占用的工作面人行空间[5]。
图3防倒千斤顶
4、支架安全防护技术
随着煤层倾角的逐渐增大，顶板冒落、煤壁片帮和工作面煤、飞矸滚下伤人的问题越来越严重，从而带来了两方面的严重危害，一是对工作人员及设备造成伤害和损坏；二是工作面产量和工效受到很大影响。上方割煤和拉架时，因怕被煤、煤岩滚下砸伤，下方不能作业和行人，对工人安全、生产效率、生产进展都会造成极大的影响，同时还容易出现损坏设备，破坏生产环境等一系列问题[6]。针对顶板冒落和煤壁片帮等问题，需要采取综合性的措施，包括加强地质勘探、合理选择采矿方法、严格控制采高、加强设备维护和现场管理等，以确保煤矿生产作业的安全和稳定。因此，ZF5600/16/28型液压支架采取了有效的安全防护措施，对煤矿急倾斜工作面的安全开采有重要意义。
1)煤片帮的防护。
通常认为，随着采高的增大，煤壁片帮的次数和深度将增加，而煤壁片帮又使支架端面距增大，往往引起端面顶板冒落，造成事故。因此，控制煤壁片帮，搞好煤壁管理是综采工作面生产技术管理的重要内容之一，也是急倾斜煤层整层开采取得良好经济效益的根本保证。根据大倾角工作面顶板条件和使用要求，支架顶梁(前梁)前部设有伸缩梁，当割煤过后，伸缩梁可及时支护滚筒过后暴露出来的顶板，实现超前支护，防止冒顶和片帮[7]。
伸缩梁采用内伸缩式。内伸缩式伸缩梁在非工作状态时位于铰接前梁内部，工作时，在伸缩梁千斤顶的作用下伸向前上方。前梁内部有1个向上倾斜3°左右的导向条，增加伸缩梁承载力，结构属于箱形体，结构可靠性好。缺点是使用时易出现整卡。支架顶梁(前梁)前部设有护帮，护帮与伸缩梁一块前移和后退，当割煤过后，伸缩梁伸出或移架之后，护帮千斤顶伸出，护帮板打开，支护上方暴露的煤壁，防止煤壁片帮。护帮板铰接在前梁的前端，千斤顶直接与护帮板相连。这种形式的护帮板结构简单，当仅作护帮板使用时，翻转角度大于90°即可， 如图4所示。
图4伸缩梁和护帮结构三维图
2)工作面与行人空间的防护。
支架每隔10架可去掉常规护帮板，安设垂直工作面挡矸机构，如图5所示，防止顶板上部矸石向下滚入行人空间。当采煤机经过时，通过千斤顶收回挡矸板使采煤机顺利通过。
图5垂直挡矸防护机构
为了将落煤通道与人行通道完全隔离，防止割煤过程中的飞矸或飞煤伤及操作人员，在落煤通道与人行通道间用柔性防护网实施隔离，其下端可以固定在刮板输送机的溜槽上。柔性防护网用直径6 mm的钢绳编制而成，其网眼规格为6 mm×6 mm,用来阻挡尺寸大于6 m×6 m的下落矸石或采煤过程中块状飞煤，起到二次防护的作用。
为了给操作人员提供更加安全的行人通道和操作环境，在支架前立柱之间，用网眼规格为4 mm×4 mm的刚性防护网隔离。该防护网进一步阻止飞煤、飞矸对操作人员的伤害。刚性防护网可用挂耳调节高度，调节高度分为4级，可在1 390～1 990 mm之间变化，以适应不同采高时的防护隔离[8]。
支架每隔5架安设1组侧门机构，如图6所示，该机构通过两组门吊固定在左侧或右侧的两个立柱上，可分别向支架内侧推开，需要防护时，将两扇门拴在一起，阻止上部向下滚落的煤块或矸石。当行人需要通过时，可打开门顺利通过[9-12]。
每架支架还可在顶梁侧边行人通过的位置上悬挂1块柔性钢丝网，当顶板上的煤或矸石向下窜落时，该机构可以缓冲或阻止其进入下部人行空间，起到防飞矸和飞煤的作用[13]。
图6人行道侧门机构
5、大倾角综放煤层移架工艺的合理优化
某矿采区开采范围内煤层倾角平均为45°,其他采区的煤层倾角也约为45°。在这种大倾角条件下，综放液压支架在工作过程中除了可能出现倒架以外，由于客观条件(重力和顶板压力)的存在，会使支架本身存在一个沿煤层倾向的下滑分力，对于单个支架来说，如果没有采取防滑措施，就可能使支架沿煤层倾角向下滑动，导致支架出现挤架或者咬架事故。而当支架所受合力作用点偏出支架下边缘时，就会产生倒架现象[14]。针对这种现象，支架必须有相应的防滑防倾倒措施，并且移架过程中要带压移架，支架有下滑倾向时，顶板将产生向上的阻力，作用在支架上，不仅能有效防止支架下滑，而且将产生向上的力矩，有效防止支架倾倒。另外，在移架过程中，同时移架的数量不宜过多，以保证安全。
6、结 语
本文通过岩石力学参数的测定试验测定围岩力学性质，分析首采工作面顶底板条件，并根据力学试验测定的力学参数，建立大倾角煤层顶板力学模型，通过理论分析得出支架支护强度和矿压显现规律，最终确定支架型号，并对开采工艺进行合理优化，得出如下结论：
1)对比分析岩重法、顶板破坏模型等不同理论下的支架工作阻力，确定了该矿首采面支架工作阻力应不小于5 490 kN.同时，进行了大倾角煤层支架防倒和防滑稳定性理论模型分析，得出支架倾倒力矩应大于311.78 kN·m,每座液压支架所需的防滑力应大于142.53 kN.
2)从支护强度和高度、倾角等方面分析，最终选择ZF5600/18/28型放顶煤液压支架作为该矿的综放支架。
3)根据理论分析，采高过高，支架倾倒力矩越大，支架防倒稳定性越差。所以建议合理降低采高。ZF5600/18/28型放顶煤液压支架的最低支护高度1.8 m,最高支护高度2.8 m,虽然降低了原设计采高，但可满足生产工艺的要求，并提高了采面支架防倒的安全性。
7、展 望
1)在建立力学模型理论分析时，将岩石看做各向同性材料，与实际情况有一定差距，有待进一步完善。
2)通过建立力学模型计算支架工作阻力时，仅将顶板分为上、中、下三部分，计算结果有一定偏差，若将顶板断裂情况划分得更细，计算结果将更加精确。
3)若采用UDEC模拟软件进行数值模拟，可以很好地模拟出顶板断裂情况，以此分析开采过程中初次来压及周期来压，试验结果将对实际工作具有更好的指导意义。
参考文献:
[1]李长江.大倾角煤层开采的特点及安全防护技术[J].科技资讯,2012(27):100.
[2]郑维强.急倾斜煤层综放开采液压支架稳定的工艺措施及应用[J].煤,2011,20(4):17-19.
[3]张锁纪.大倾角特厚煤层综放开采矿压显现规律研究[J].江西煤炭科技,2022(1):1-3.
[4]李战奇.极坚硬顶板大倾角特厚煤层综采放顶煤技术[J].中州煤炭,2014(12):53-55.
[5]陈广巫.剖析煤矿井下采掘和支护的机械设施[J].山东工业技术,2016(7):88.
[6]刘勇.急倾斜薄煤层俯伪斜综采技术及设备稳定性研究[D].重庆:重庆大学,2018.
[7]孙建和,张国志,赵琪,等.大倾角液压支架防倒防滑机构及安全防护装置研究[J].煤炭工程,2018,50(7):152-154.
[8]杜青炎,翟海涛.大倾角三软煤层综放工作面上巷端头超前支护装置[J].煤矿机械,2023,44(7):135-137.
[9]邹栓营,张贵平,侯跃峰.大倾角“三软”煤层综放工作面覆岩运动规律研究[J].能源技术与管理,2022,47(4):68-70.
[10]滕海明,王武红,侯跃峰.深埋大倾角“三软”煤层综放工作面支架失稳防控研究[J].能源技术与管理,2022,47(4):94-95,133.
[11]徐龙龙,呼前广.大倾角“三软”煤层综放工作面支架稳定性分析[J].煤炭技术,2020,39(8):24-26.
[12]吴晓琛.大倾角综放工作面支架倾倒及稳架措施[J].陕西煤炭,2023,42(3):128-130,163.
[13]贺国平.简述一种防急倾斜防溜板下滑的新技术[J].科学与信息化,2021(1):102.
[14]邢鹏亮.大倾角综放工作面支架稳定性控制研究[J].机械管理开发,2021,36(11):122-123,126.
文章来源:易磊.大倾角复杂煤层回采工作面灾害防治与安全技术应用[J].煤,2024,33(08):82-85.
分享：
蚁群算法凭借其卓越的鲁棒性､显著的正反馈效应及良好的兼容性,在路径规划领域展现了广泛的应用潜力｡蚁群算法存在着收敛速度慢､易陷入局部最优的缺点｡为克服这些不足,王志中[3]将启发式信息矩阵引入,兼顾了前期大范围搜索和后期快速收敛;WenxiangGao等[4]设计一种新的信息素扩散梯度公式,增强信息素作用｡
2025-04-07
煤炭是我国的主体能源,带式输送机是煤炭生产转运的关键设备,其运行工况对生产效率及可靠性具有重要影响[1]｡传统的方法是使用皮带电子秤等装置实时监测过煤量,并根据监测结果对带式输送机进行调速,这种监测方式存在维护成本高､可靠性低､调速慢等缺点[2]｡
2025-04-07
目前,国内外研究多集中于总粉尘检测｡赵政[5]研发了低功耗､高精度的总粉尘传感器;陈建阁等[6]开发了无堵塞､易维护的光散射法无动力检测技术;ZHANGZhaopeng[7]设计了低成本高精度的Mie散射检测系统;ZHANGHao等[8]结合Mie散射理论,研究了粒径和折射率对光强分布的影响,并开发了煤矿高精度测量传感器。
2025-04-07
锚杆支护能够快速对围岩产生初撑力,提高围岩抗压､抗剪强度,最大限度地减小巷道的收敛变形,是一种快速､安全､经济的巷道支护方式,也是目前应用最为广泛的一种巷道支护方式[1-2]｡锚杆钻机沿空间分布,可同时施工,降低支护对掘进总时间占比,提高支护效率[3-4],是短壁开采中巷道掘进的安全高效锚杆支护设备｡
2025-04-07
在煤矿开采领域中,防治水设备的稳定运行是确保矿井安全生产的基石｡随着开采深度的增加和地质条件的复杂化,防治水设备面临着前所未有的挑战,其健康状态的实时监测与故障预警显得尤为重要｡然而,传统依赖于单一传感器数据的振动信号分析方法在面对设备振动信号的多样性和复杂性时显得力不从心,难以全面､准确地反映设备的真实状态[1]｡
2025-04-07
随着全球能源需求的不断增长和矿山开采技术的快速发展,矿用设备的性能和安全性成为了矿业发展中的关键因素｡矿用振动传感器作为监测矿山机械设备运行状态的重要工具,其研究与应用对于提高矿山安全生产水平､保障矿工生命安全及提升矿山经济效益具有重要意义｡
2025-04-07
近年来,煤矿安全事故频发所引发的社会关注度持续升温,促使国家对煤矿安全标准提出了更为严格的要求,煤矿安全监控系统的全面升级改造已成为行业发展的必然趋势｡这一趋势促进了矿用传感器市场需求的爆发式增长｡与此同时,智能制造浪潮正席卷全球制造业,其核心内涵在于通过高度自动化､智能化的生产模式,
2025-04-07
传统的突出预测指标仅侧重于反馈瓦斯这一影响突出的单一因素[4-5],而矿井进入深部开采之后,应力､瓦斯及煤体结构多因素耦合的灾害逐渐显现,日常工作面突出预测指标的敏感性及临界值都需进行考察验证,且指标测定过程给煤巷掘进造成了断点[6]｡
2025-04-07
其中基于模糊光照处理的煤矿地质图像模糊信息增强处理方法,利用模糊理论构建了一个线性模糊化函数,通过控制高亮区域并增强低亮区域,有效调整了图像对比度,从而改善了煤矿地质图像的质量[1]｡但是在增强图像对比度的过程中,部分图像的细节信息可能会被牺牲,影响图像质量｡
2025-04-07
随着煤炭工业的快速发展,煤矿运输系统面临着越来越高的要求｡传统的输送带在效率､安全性､智能化等方面存在诸多不足,难以满足现代煤矿生产的需求｡因此,研究煤矿井下智能输送带,提高运输系统的智能化水平,对于提升煤矿生产效率､保障生产安全具有重要意义｡
2025-04-06
人气：3557
人气：3104
人气：1962
人气：1951
人气：1772
我要评论
期刊名称：煤炭学报
期刊人气：3208
主管单位：中国科学技术协会
主办单位：中国煤炭学会
出版地方：北京
专业分类：煤矿
国际刊号：0253-9993
国内刊号：11-2190/TD
创刊时间：1964年
发行周期：月刊
期刊开本：大16开
见刊时间：一年半以上
影响因子：0.463
影响因子：0.673
影响因子：0.642
影响因子：1.307
影响因子：0.480
学术期刊咨询、科普杂志阅读、专利申请方案、课题研究设计、专著挂名咨询、论文下载、文献查询、原创文章检测、SCI实验设计方案等多项服务。
服务热线
您的论文已提交，我们会尽快联系您，请耐心等待！
你的密码已发送到您的邮箱，请查看！
2024-08-10
58
上传者：管理员
