浅埋厚硬顶板特厚煤层综放工作面矿压显现规律及控制技术研究

针对榆神矿区曹家滩煤矿浅埋厚硬顶板特厚煤层综放工作面矿压显现强烈、强动载来压现象频发的问题,对工作面强矿压显现规律进行了研究总结。研究得出：工作面周期来压步距平均18.4m,来压持续距离平均11.5m,动载系数平均1.45,来压主要影响35#—125#支架,具有来压动载强、来压持续时间长、来压区域性明显、周期性出现强矿压等特点,工作面平均每间隔135m出现一次大周期来压,大周期来压时一般出现连续性强来压,并伴随支架安全阀大范围长时间开启(安全阀开启比例50%以上)、支架活柱持续性快速下缩(支架最大下缩量超过2.0m)等现象。为减小坚硬顶板带来的强矿压威胁,采用井下定向水平长钻孔区域压裂技术对工作面坚硬顶板进行超前预裂。压裂后,工作面矿压显现强度明显减弱,未再发生顶板快速下沉的强矿压现象,顶板来压更加可控,支架工况得到明显改善,取得了良好的应用效果,对榆神矿区浅埋厚硬顶板工作面强矿压治理具有借鉴意义。     

中厚煤层千万吨级超长工作面矿压显现与覆岩活动规律研究北大核心

为探究综采工作面长度显著加长后工作面矿压显现和顶板活动的新特点,以国内首个中厚煤层千万吨级450 m超长工作面为工程背景,基于支架压力和微震实时监测手段,全面分析了超长工作面支架阻力分布、增阻特性和覆岩破断微震能量分布特征。研究结果表明:综采工作面长度由300 m加长为450 m后,支架阻力沿倾向分布特征由单峰状转变为双峰状,工作面支架支护强度平均增大约7%,工作面加长后,工作面矿压显现强度整体增强;超长工作面来压期间支架增阻形式主要为“对数-指数”复合函数型增阻,呈现先快、中缓、最后短时急速增阻的特点,超长工作面大截深开采是造成采煤循环末期支架快速增阻的主要诱因,在顶板状态不稳的情况下,应适当减小采煤机截深并提高支护质量;工作面覆岩破断微震事件的发生能量小、频次低,主要活跃在工作面后方40 m至前方80 m范围,微震事件分布特征表明超长工作面顶板垮落及时,无长距离悬顶现象,不易造成强动载事件,在垂直方向微震事件主要分布在垂高25m以下顶板,厚度17.82 m的细粒砂岩基本顶是造成工作面矿压显现的主导岩层,高位岩层破断对工作面矿压显现影响较小。     

450m超长工作面矿压显现与地表移动变形规律研究

基于国内首个年产千万吨450m超长智能化开采工作面，采用实测手段全面分析了其矿压显现和地表移动变形规律，结果表明：450m超长工作面初次来压步距平均为77.1m，周期来压步距主要分布在5～15m，平均为11.4m|超长工作面周期来压步距小、来压频繁、持续时间短，且工作面沿倾向不同步来压|来压期间，支架工作阻力在工作面中部两侧形成两个高阻力区，沿倾向方向呈现“马鞍”形的双峰状分布特征|450m超长工作面支架工作阻力主要分布在8000～14000kN中等阻力区间，呈现正态分布特征，支架适应性良好。在超长工作面强采动影响下，地表沉降具有影响范围大、下沉速度快等特点，工作面临空侧地表移动范围和沉降幅度均显著大于实体煤侧，地表呈现不对称沉降现象。研究成果可为我国同类超长工作面的顶板管理和开采设计提供借鉴。     

无协调主体的多产消者完全端到端交易机制

产消者之间进行能量交易对促进分布式资源就地消纳具有重要意义。为此，在充分考虑产消者利益诉求的基础上，提出了一种无协调主体的多产消者完全端到端交易机制，以实现社会福利最大化。以微网为例，对产消者内部资源进行建模，并引入物理网络约束，提出多产消者能量交易集中式优化模型。通过支路撕裂法及拉格朗日对偶分解，将问题转化为分布式优化问题，并利用交替方向乘子法求解。可证明此机制无需第三方主体协调，仅需在交易主体间进行信息传递，通过各主体内部进行资源调配即可完成优化，实现完全分布式求解。此外，所得价格更符合实际市场的运作规律。最后，以4个微网为例进行分析，验证了所提交易机制的可靠性以及有效性。     

综放工作面顶板灾害类型和发生机制及防治技术

综放工作面采出煤层厚度大，上覆岩层活动空间大，易发生顶板事故。为理解综放工作面顶板灾害发生机制，统计分析了部分煤矿综放工作面顶板灾害案例，按顶板条件及灾害特征将综放工作面顶板灾害分为松软顶板大面积切顶压架和坚硬顶板大面积垮落及压架2类。分别以崔木煤矿和曹家滩煤矿综放工作面为例，分析了2类顶板灾害发生特点，提出了相应顶板灾害发生机制：松软顶板工作面顶板胶结性弱，支架实际刚度不足致使顶板在煤壁处断裂，破断后易失稳，同时支架支护强度不足，最终导致切顶压架灾害；坚硬顶板工作面顶板整体性好，不易破断，悬顶到一定极限突然破断，对支架造成冲击，若断裂线在煤壁处则极易导致工作面切顶压架。结合工程实践，提出了2类顶板灾害防治技术措施：对于松软顶板综放工作面采取合理提高支架刚度、支护效率以及工作面推进速度，加强预警等手段预防大面积切顶压架灾害；对于坚硬顶板工作面除加强支架管理、合理开采设计等，还需从顶板改性入手，如采用井下区域水力压裂技术弱化顶板，防治顶板大面积垮落和压架灾害。