针对大倾角厚煤层采用综放开采因工作面倾角大、地质条件复杂,回采中工作面长度变化大、综放支架稳定性控制难问题,通过合理的工作面设备配套技术,选用四象限大倾角采煤机和有防滑措施的刮板输送机,采用大功率单点驱动、简易机尾的刮板输送机,提高了对工作面长度变化大而频繁增减液压支架的便利性。通过优化设计支架顶梁宽度、双侧可同时伸缩侧护板、底调结构及支架自动控制方法和四连杆优化等提高支架对大倾角工作面的适应性,为大倾角综放开采提供了保障。

为了降低煤炭开采引起的矿压对矿井生产影响,以三元中能煤矿2303综放工作面为工程背景,采用现场实测方法对厚煤层综放开采工作面矿压显现规律进行分析,选用估算法对综放支架支撑强度进行校核。研究结果表明:2303综放工作面初次来压、周期来压步距分别为39.7、20.57 m,来压期间液压支架工作阻力增加系数分别为1.45、1.32,来压期间采面中部支架工作阻力明显高于上、下端头支架工作阻力;采面超前支承压力影响范围约为36.5 m,建议超前40 m对回采巷道进行支护;估算法计算得到的支架工作阻力为3795 kN,选用ZF5400/17/32型液压支架可以满足开采需要。

基于振动信号辨识是实现综放开采煤矸识别的有效手段,现有方法在识别准确性和有效性方面有待进一步研究。提出了一种基于经验模态分解(EMD)特征提取与随机森林(RF)的煤矸识别方法。采用加速度传感器及数据采集仪采集了某综放工作面煤和矸石冲击液压支架尾梁产生的振动信号,分别对2种信号进行EMD,得到一系列本征模态函数(IMF);根据EMD结果选取有效IMF,分别提取IMF能量、峭度、矩阵奇异值及对应熵作为特征向量,采用各特征向量独立训练RF模型,根据各RF模型对测试样本的识别结果筛选特征向量,并建立特征数据集;采用特征数据集训练RF模型,采用训练好的RF模型实现煤矸识别。测试结果表明:该方法对200组煤矸测试样本的识别准确率达96.5%,且当RF模型中决策树数量设置为100或150时识别准确率最高,对测试样本进行特征提取与识别的耗时不超过0.2 s,满足综放工

为了保障坚硬煤层安全经济开采,探索坚硬煤层综放开采工作面液压支架选型方法,以甘肃靖远矿区红会一矿1715综放工作面支护为例,通过计算工作面所需液压支架的支护强度、工作阻力、初撑力和支撑高度等参数,比对了ZZF5200/19/32型液压支架的设计参数,得出ZZF5200/19/32型液压支架的支护性能可以满足1715综放工作面的支护要求,研究成果为类似煤层开采进行液压支架选型提供了参考。

在工作面回采期间,对煤层顶板进行有效的支护非常必要。针对铺龙湾煤业5110综放工作面的地质情况,对工作面支护设计、工作面顶板控制以及超前支护进行了分析。经过校验,选择的液压支架和单体液压支柱均能满足正常回采期间顶板控制的需要。为了保证安全回采,回采时需要根据顶板的状况实时调整控顶距和超前支护的形式。研究可以为综放工作面回采期间的顶板支护设计提供一定的参考。

针对15 m以上特厚煤层综放开采扰动强烈、矿压显现明显、液压支架工作阻力难以确定的问题。以大同矿区特厚煤层千万吨矿井为研究对象,采用理论计算、数值模拟和现场实测的方法,建立了特厚煤层综放开采“近场悬臂结构+远场砌体结构”覆岩系统模型,确定了该条件下液压支架工作阻力确定方法,揭示了控制远场砌体结构的中高位坚硬岩层结构失稳是液压支架工作阻力异常的关键原因。建立了基于FLAC的液压支架工作状态和支护阻力数值模拟分析方法,对比分析了中高位坚硬岩层处理前后,大同矿区特厚煤层开采四柱式液压支架的适应性,并采用液压支架工作阻力实测数据对其进行了验证。实测结果表明:中高位坚硬岩层压裂处理后,来压期间液压支架整体平均工作阻力可降低约15%,增强了现用支架的适用性。研究成果提出了一种液压支架适应性分析方法,可为

为实现大倾角厚煤层的安全高效开采,以晋能控股煤业集团某矿大倾角厚煤层综放开采工程实践为例,总结归纳了一些大倾角厚煤层安全高效综放开采的关键技术,重点对大倾角综放工作面刮板输送机的上窜与下滑、液压支架突发的挤架与倾斜、采煤机跑车等特殊情况的发生机理与解决措施进行研究,为类似工况下的大倾角厚煤层综放开采提供技术支持。

为进一步提升煤矿的生产的安全性和开采效率,根据煤矿地质、煤层等条件选择最佳采煤工艺尤为重要。以5401和1405综采工作面为例,在分析其地质及顶板情况的基础上,分别对大采高工艺和综放开采工艺下对应工作面覆岩结构、液压支架载荷以及来压特征等进行对比分析,为后期不同采煤工艺下顶板管理和围岩控制提供参考。

针对长平矿5302工作面具体情况,综合考虑煤层、顶板、底板、埋深、瓦斯、通风、技术和经济等各项因素影响,利用经验估算法、理论分析法和工程类比法分别对该矿液压支架架型选择、工作阻力、支护高度进行分析,最终选用ZF11000/20.5/38D型四柱支撑掩护式液压支架。