为解决超长工作面回采过程中出现的剧烈矿压显现问题,以魏墙煤矿400m超长工作面为工程背景,通过类比分析陕北地区数个煤矿超长工作面液压支架基本参数,结合载荷估算法、FLAC3D数值模拟和普式拱理论等方法综合确定液压支架支护强度和工作阻力。利用现有300 m工作面液压支架压力监测数据,校核修正超长工作面主要参数,并进行300 m工作面和400 m超长工作面的经济效益和优缺点对比分析。结果表明,400 m超长工作面选用的液压支架支护强度应不低于1.2 MPa,工作阻力不低于17 000 kN,可实现顶板稳定性控制,具有减小巷道掘进工程量、提高综采工作面工效、解决采掘接续难题等显著优点,可满足年产700万t煤炭资源的开采要求,具有良好的经济效益和社会效益。

为探究浅埋薄基岩超长工作面液压支架群组的承载特性,构建了工作面煤壁-支架-顶板的弹性基础梁力学模型,研究了7种因素对支架阻力的影响。理论计算与实测结果吻合良好。研究结果表明:支架工作阻力呈单峰值与“M”形三峰值两种分布形式;工作面长度、基本顶厚度和弹性模量影响支架阻力分布曲线形状和高阻力范围;采高和上覆岩层载荷影响曲线值;支架刚度影响高阻力范围;巷帮刚度影响靠近巷道侧的支架阻力。基于此,提出了包括确定适当面长、支架分区调控、煤壁协同控制、巷帮主动强化等手段在内的浅埋薄基岩超长工作面关键安全管控措施。研究成果可为浅埋薄基岩超长工作面支架阻力设计与灾害预防提供理论依据。

邵寨煤业公司2201工作面煤层平均厚度2 m,面长300 m,选用ZY12000/15/30D型两柱掩护式液压支架进行支护,实际开采过程中安全阀频繁开启,论文详细分析了工作面液压支架频繁开启原因,得出了工作面安全阀频繁开启原因。工作面采高较小,液压支架支护性能得不到充分发挥;煤层埋藏较深,工作面长度较长,矿压显现强烈;工作面上覆岩层岩性较弱,承载能力有限,上述三个问题是造成工作面安全阀频繁开启原因。在此基础上,提出了具体整改方案,实施效果明显,为类似问题的解决提供参考。

为探究浅埋薄基岩超长工作面液压支架群组的承载特性,构建了工作面煤壁-支架-顶板的弹性基础梁力学模型,研究了7种因素对支架阻力的影响。理论计算与实测结果吻合良好。研究结果表明:支架工作阻力呈单峰值与“M”形三峰值两种分布形式;工作面长度、基本顶厚度和弹性模量影响支架阻力分布曲线形状和高阻力范围;采高和上覆岩层载荷影响曲线值;支架刚度影响高阻力范围;巷帮刚度影响靠近巷道侧的支架阻力。基于此,提出了包括确定适当面长、支架分区调控、煤壁协同控制、巷帮主动强化等手段在内的浅埋薄基岩超长工作面关键安全管控措施。研究成果可为浅埋薄基岩超长工作面支架阻力设计与灾害预防提供理论依据。

为提高盘区煤炭采出率、减少搬家次数、缓解接续紧张,根据龙华矿实际条件将原有330 m工作面改造为400 m超长工作面,结合综采工作面设备配套原则对原有工作面设备进行了校验,对液压支架、刮板输送机和泵站等设备进行了升级改造。最后应用于生产中,取得了较好的经济效益和社会效益,为超长工作面设备选型和改造升级提供了借鉴。

布置超长工作面是中厚煤层实现高产高效的必然趋势。基于国内外工作面参数的调研分析,以数值模拟方法为手段分析了工作面长度对矿山压力显现的影响,得出了超长工作面支护参数确定的关键影响因素。以高可靠性支护为目标,通过有限元分析,优化设计了2 050 mm超大中心距、1 800~3 200 mm超大伸缩比的ZY16000/18/32D型超强力中厚煤层液压支架,为超长工作面顶板控制提供了有力支撑。