深井大傾角破碎頂板軟煤大采高開采關(guān)鍵技術(shù)研究

一、項目背景

某煤礦由于主采煤層埋藏深、傾角較大、煤層和頂?shù)装鍙?qiáng)度較低，加之直接頂比較破碎，導(dǎo)致工作面推進(jìn)過程中煤壁片幫、冒頂現(xiàn)象嚴(yán)重，而且對正常回采后頂板破斷和運(yùn)移規(guī)律、支架的工況等諸多問題不甚清楚。因此，有必要對該礦特殊地質(zhì)條件下大采高采場煤壁片幫、冒頂機(jī)理與控制技術(shù)進(jìn)行系統(tǒng)研究，提高圍巖控制水平，最大限度的回收煤炭資源，實現(xiàn)礦井的安全高效開采，為該礦以及其它類似煤層礦井積累必要的經(jīng)驗。

二、研究內(nèi)容

該項目立足于現(xiàn)場工程實踐，結(jié)合理論計算和分析，以某煤礦A工作面為工程背景，綜合查閱分析各類相關(guān)資料文獻(xiàn)，通過理論分析、數(shù)值模擬和相似模擬等多種科研手段，結(jié)合現(xiàn)場實測，系統(tǒng)研究礦壓顯現(xiàn)和覆巖移動規(guī)律、采場圍巖控制技術(shù)、采煤工藝及經(jīng)濟(jì)效益，逐步完善研究成果。主要研究內(nèi)容有：

工程背景與煤巖力學(xué)參數(shù)測試；采場礦壓顯現(xiàn)與覆巖移動規(guī)律；支架與圍巖關(guān)系及設(shè)備的穩(wěn)定性；工作面煤壁片幫與端面冒頂機(jī)理；“棕繩+注漿”柔性加固技術(shù)理論及其應(yīng)用；煤礦生產(chǎn)提效建議方案。

三、主要創(chuàng)新點

1.通過“回彈儀、紅外成像、聲發(fā)射”等多手段綜合測試煤巖力學(xué)參數(shù)，揭示了深井大傾角條件頂板“四區(qū)式”破斷規(guī)律，優(yōu)化了大傾角破碎頂板條件下合理工作面參數(shù)和推進(jìn)速度。

2.建立了深井大傾角頂板破斷分區(qū)式支架動載荷計算方法，提出了大傾角破碎頂板軟煤層綜采專用支架“三段式”多參量設(shè)計方法，開發(fā)了大傾角工作面“支架雙調(diào)一配、采煤機(jī)前推持續(xù)供液、刮板輸送機(jī)壓戧柱+防滑頂鎬”綜合防倒防滑技術(shù)。

3.分析了大傾角破碎頂板條件煤壁和頂板穩(wěn)定性影響因素，揭示了深井高地壓、強(qiáng)采動條件大變形煤壁片幫和柔性加固機(jī)理，開發(fā)了控制煤壁和頂板的“棕繩+注漿柔性加固技術(shù)”。

(a)不同直徑的注漿煤樣力-變形曲線

(b)不同直徑棕繩內(nèi)聚力和內(nèi)摩擦角

四、應(yīng)用效果與效益

在實際生產(chǎn)中，該礦A工作面頂板破碎，傾角較大，煤壁片幫和冒頂現(xiàn)象嚴(yán)重，影響安全，制約產(chǎn)量的提高。該項目研究運(yùn)用“棕繩+注漿”技術(shù)防治煤壁片幫，有效的控制了煤壁破壞，限制了冒頂事故，保證了工作面安全高效生產(chǎn)。

新技術(shù)實施后節(jié)省了大量人工處理煤壁片幫事故，并且提高了工作面產(chǎn)量，應(yīng)用后第一年增加原煤產(chǎn)量13.8萬噸，新增利潤2484萬元。