基于数字孪生的煤矿两柱式支架载荷预测方法

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作者 张帆 李玉雪 +1 位作者 李昱翰 邵光耀 《煤炭科学技术》 北大核心 2025年第1期312-325,共14页

现有的矿山巷道液压支架载荷预测方法通常假设静态时空开采布置,忽略了远场围岩的动载荷,影响了冲击地压预测的准确性。为了确保安全开采,必须对潜在的冲击地压进行实时和精确的预测评估。提出一种基于数字孪生和机器学习的麻雀搜索算... 现有的矿山巷道液压支架载荷预测方法通常假设静态时空开采布置,忽略了远场围岩的动载荷,影响了冲击地压预测的准确性。为了确保安全开采,必须对潜在的冲击地压进行实时和精确的预测评估。提出一种基于数字孪生和机器学习的麻雀搜索算法–随机森林(SSA–RF)预测方法。通过分析支护系统与围岩的相互作用,建立了两柱式支架的数字孪生体模型,基于数据驱动实现物理实体与其数字孪生体之间的交互映射与同步反馈。对比分析两柱式支架升柱过程中姿态变量的计算值与真实值发现,与支架物理实体相比,数字孪生体模型的角度平均误差为0.14°,长度平均误差为6.15mm,符合精度要求。此外,麻雀搜索算法用于优化随机森林中决策树和节点特征的数量。与使用单一预测模型相比,SSA–RF预测模型的建立提高了收敛速度和优化能力。试验结果表明,与长短期记忆(LSTM)、随机森林(RF)和支持向量机(SVM)等预测算法相比,笔者提出的SSA–RF方法表现最优,其在中部支架和端头支架数据集上的预测准确率分别达到85.89%和91.09%。此外,研究发现,工作面中部支架所在区域顶板易出现断裂失稳现象,会破坏工作面中部区域垂直方向的应力支撑条件,从而导致中部支架载荷变化范围更大预测精度略低于端头支架。上述研究结果将对进一步研究煤矿冲击地压发生机理和准确预测潜在冲击地压提供一定理论借鉴。 展开更多

关键词 冲击地压矿井 数字孪生 两柱式支架 麻雀搜索算法 支架载荷预测

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两柱掩护式液压支架内外加载支护对比试验研究 被引量：8

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作者 张德生 任怀伟 +3 位作者 何明 卞冀 李提建 马强 《煤炭科学技术》 CAS CSCD 北大核心 2019年第11期135-142,共8页

为解决内加载无法反映液压支架真实工况,智能开采支护状态调控缺乏试验依据的问题,研制了ZY6400/17/31液压支架1∶2缩比模型,搭建了液压支架位移、压力等状态监测系统,分别采用内、外2种加载方式,按照GB 25974.1—2010对不同垫块接触条... 为解决内加载无法反映液压支架真实工况,智能开采支护状态调控缺乏试验依据的问题,研制了ZY6400/17/31液压支架1∶2缩比模型,搭建了液压支架位移、压力等状态监测系统,分别采用内、外2种加载方式,按照GB 25974.1—2010对不同垫块接触条件下液压支架进行试验。试验结果表明:内加载与外加载合力作用点位置易产生偏移,液压支架响应差异明显,前者作用下表现出压力协同,后者作用下位移协同;平衡千斤顶在非调控外加载状态下,随加载次数将产生累积效应,导致压力不断增大,有失稳趋势;接触状态对立柱位移影响较大,因此井下现场必须对姿态予以测量,提供顶、底板围岩接触状态判断依据。 展开更多

关键词 两柱掩护式支架 加载方式 支护状态 对比试验

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两柱掩护式综放支架对端面顶煤稳定性的控制作用 被引量：10

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作者 张宁波 刘长友 +2 位作者 于文海 王少义 杨培举 《煤炭工程》 北大核心 2011年第3期31-34,共4页

采用数值计算方法,分析在软煤、中硬煤和硬煤不同煤层硬度力学条件下,由改变两柱式液压支架立柱前倾角得到的不同水平支护阻力对端面顶煤控制的效果。模拟结果表明：合理的支架水平力可以有效的控制工作面端面冒顶,但顶煤硬度不同时,控... 采用数值计算方法,分析在软煤、中硬煤和硬煤不同煤层硬度力学条件下,由改变两柱式液压支架立柱前倾角得到的不同水平支护阻力对端面顶煤控制的效果。模拟结果表明：合理的支架水平力可以有效的控制工作面端面冒顶,但顶煤硬度不同时,控制效果有很大差异,主要表现为：不同的顶煤硬度条件下存在一个合理的立柱前倾角度,硬煤条件时需75°~80°的前倾角度,中硬煤条件时需70°~75°的前倾角度。一般情况下,煤层硬度越小,立柱前倾角应越小;当煤层较软时,两柱掩护式综放支架需采取减小端面距等措施进行支护。 展开更多

关键词 两柱式综放支架 端面顶煤稳定性 支架工作阻力 水平力 立柱前倾角

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两柱式放顶煤支架支撑效率分析 被引量：17

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作者 任永强 于海湧 范志忠 《煤炭科学技术》 CAS 北大核心 2011年第4期94-96,共3页

基于在神东柳塔煤矿实际使用的两柱掩护式放顶煤支架的立柱和平衡千斤顶工作阻力观测,分析了ZFY10200/25/42型两柱掩护式放顶煤支架的理论支撑效率为83.1%,而在实际使用过程中,由于平衡千斤顶常处于受拉的不合理工作状态,大幅降低了支... 基于在神东柳塔煤矿实际使用的两柱掩护式放顶煤支架的立柱和平衡千斤顶工作阻力观测,分析了ZFY10200/25/42型两柱掩护式放顶煤支架的理论支撑效率为83.1%,而在实际使用过程中,由于平衡千斤顶常处于受拉的不合理工作状态,大幅降低了支架支撑效率,该支架在08综放工作面的实际支撑效率仅能达到68.7%。故两柱掩护式放顶煤支架不适用于硬煤层及节理裂隙不发育的中硬煤层放顶煤开采。 展开更多

关键词 两柱式放顶煤支架 平衡千斤顶 支架受力分析 工作阻力观测 支撑效率

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四柱式与两柱式放顶煤支架适用条件分析 被引量：10

5

作者 于海湧 于海波 吴兆华 《中国煤炭》 北大核心 2011年第9期59-63,共5页

通过神东大柳塔煤矿应用的两柱式放顶煤支架和潞安屯留煤矿(余吾煤业公司)应用的四柱式放顶煤支架的矿压观测数据,分析了两种支架的理论支护效率和实际运行状态,提出了两种支架的适用条件,为今后各矿实施放顶煤开采选择合理的架型提供... 通过神东大柳塔煤矿应用的两柱式放顶煤支架和潞安屯留煤矿(余吾煤业公司)应用的四柱式放顶煤支架的矿压观测数据,分析了两种支架的理论支护效率和实际运行状态,提出了两种支架的适用条件,为今后各矿实施放顶煤开采选择合理的架型提供参考。 展开更多

关键词 放顶煤 两柱掩护式支架 四柱支撑掩护式支架

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特大综放工作面两柱掩护式支架适应性分析 被引量：5

6

作者 田金泽 翟高峰 《煤炭科学技术》 CAS 北大核心 2013年第8期38-41,共4页

为了研究两柱掩护式支架在特大综放工作面对顶板的控制效果,理论分析了综放两柱掩护式支架的控顶机理,建立两柱和四柱式支架前立柱倾角分别为85°和90°的数值模型,对比分析了不同类型支架对综放工作面顶板的控制效果。结果表明... 为了研究两柱掩护式支架在特大综放工作面对顶板的控制效果,理论分析了综放两柱掩护式支架的控顶机理,建立两柱和四柱式支架前立柱倾角分别为85°和90°的数值模型,对比分析了不同类型支架对综放工作面顶板的控制效果。结果表明:因煤壁侧和支架侧顶板煤体的水平载荷不同,顶煤力学模型呈非对称冒落拱,且水平力指向煤壁方向时有利于顶煤的稳定;前立柱倾角为90°时,两柱和四柱式支架控顶性均不好,前立柱倾角为85°时,由于两柱式支架产生指向煤壁方向的水平力,使两柱支架支护效果明显好于四柱支架。 展开更多

关键词 特大综放工作面 两柱掩护式支架 顶板控制 非对称冒落拱

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两柱掩护式液压支架空间承载特性研究 被引量：5

7

作者 侯运炳 何尚森 +3 位作者 谢生荣 周殿奇 周玉 王果 《四川大学学报（工程科学版）》 CSCD 北大核心 2017年第3期85-95,共11页

针对两柱掩护式支架基于平面力系的承载区适应性单一,难以反映顶梁纵向对称面以外区域承载特性的问题,提出采用"承载体"分析支架的承载特性。运用空间力学解析法,以顶梁为研究对象推导"承载体"外表曲面解析式并分... 针对两柱掩护式支架基于平面力系的承载区适应性单一,难以反映顶梁纵向对称面以外区域承载特性的问题,提出采用"承载体"分析支架的承载特性。运用空间力学解析法,以顶梁为研究对象推导"承载体"外表曲面解析式并分析承载面重叠时的选取原则;对"承载体"进行纵向和横向切面,得到支架纵、横两向承载特性;分析承载体的体积与支架参数之间的关系,并与已有的计算结果进行对比。结果表明:承载面的选取应遵循各液压构件承载力最小值的原则,并要满足立柱承载力在顶梁承载范围内为正值;"承载体"随支架高度而变化,并与支架高度存在一一对应关系;纵向承载区的2个极值点及面积都在支架纵向对称面处取得最大值并向两侧立柱双向衰减,横向承载区按照分布特征可分为3种类型;增大立柱上铰点到顶梁末端距离、立柱间距、平衡千斤顶的工作阻力及与水平夹角均能增大承载体的体积;"承载体"纵向对称面处的承载区分布特征以及支架参数对承载能力的影响都与已有计算结果吻合,因此"承载体"能够反映支架顶梁任意区域的承载特性,"承载体"的体积可以作为支架参数优化的标准。 展开更多

关键词 两柱掩护式液压支架 空间承载特性 承载体 纵、横两向承载区 量化分析

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两柱掩护式放顶煤液压支架设计研究 被引量：39

8

作者 王国法 《煤炭科学技术》 CAS 北大核心 2003年第4期36-37,41,共3页

介绍了两柱掩护式放顶煤支架的总体结构和参数确定,分析了其与围岩的适应性并与四柱支撑掩护式放顶煤支架进行了对比。

关键词 两柱掩护式支架 放顶煤工作面 液压支架 围岩 结构

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平朔矿区两柱掩护式放顶煤支架适应性研究 被引量：16

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作者 张忠温 《煤炭科学技术》 CAS 北大核心 2011年第11期31-35,共5页

基于平朔矿区首次使用ZFY12000/23/40D两柱掩护式放顶煤支架,为评价该支架在此矿区的适应性,总体研究了支架结构、承受载荷、平衡千斤顶、电液控制系统和实际使用工况。结果表明:支架结构能满足放煤要求;实测周期来压步距11.6 m,动载系... 基于平朔矿区首次使用ZFY12000/23/40D两柱掩护式放顶煤支架,为评价该支架在此矿区的适应性,总体研究了支架结构、承受载荷、平衡千斤顶、电液控制系统和实际使用工况。结果表明:支架结构能满足放煤要求;实测周期来压步距11.6 m,动载系数1.71;支架工作阻力5 941kN,最大12 443 kN;支架二柱受力偏差5.96%;放煤后支架受力降低13%;放煤后平衡千斤顶受力变化最大30.23%;实测支架移架时间初期29.8 s、后期59.7 s,放煤时间54.3 s;工作面遇断层和风化氧化区,架前冒顶和煤壁片帮增多;电液控制系统控制器失效较多。分析认为ZFY12000/23/40D型两柱式放顶煤支架在该地质条件下适应性较好。 展开更多

关键词 两柱式掩护式放顶煤支架 支架适应性评价指标 平衡千斤顶 电液控制系统

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两柱掩护式放顶煤液压支架力学性能分析 被引量：7

10

作者 张作状 李志旭 《工矿自动化》 北大核心 2019年第3期29-34,共6页

浅埋深煤层基岩比较薄、松散层较厚,工作面易出现台阶下沉等状况,矿压展现剧烈,应用于浅埋深煤层工作面的两柱掩护式放顶煤液压支架易出现工作阻力不足,对顶板的支护效果不好,从而造成生产安全问题。针对以上问题,采用空间力学分析及结... 浅埋深煤层基岩比较薄、松散层较厚,工作面易出现台阶下沉等状况,矿压展现剧烈,应用于浅埋深煤层工作面的两柱掩护式放顶煤液压支架易出现工作阻力不足,对顶板的支护效果不好,从而造成生产安全问题。针对以上问题,采用空间力学分析及结构有限元分析,对适用于浅埋深煤层的ZFY12000/25/42D型两柱掩护式放顶煤液压支架在顶梁受偏心载荷且底座两端受载、顶梁受扭转载荷且底座两端受载、顶梁受偏心载荷且底座受扭转载荷3种最危险工况下的受力状态进行了分析。分析结果表明:在不同工况下,支架各结构件的应力大小均会有所不同,分布状况也不尽相同,从支架整体应力分布来看,受顶板、立柱和底板的相互作用,顶梁和底座将承受较大的应力,而前后连杆、掩护梁作为连接过渡部件,所承受的应力明显较小;顶梁受扭转载荷且底座两端受载工况下支架承受应力最大,为712.69MPa;支架位移变形趋势基本相同,均是从顶梁到底座变形量逐渐减小,整体变形状况良好。在保证结构可靠性的前提下,在应力集中部位选用高强度板材或者提高材料厚度,可改善支架应力分布状况,增强支架控顶能力,从而确保支架工作的可靠性和稳定性。 展开更多

关键词 煤炭开采 浅埋深煤层 两柱掩护式放顶煤液压支架 支护性能 应力分析 位移变形

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两柱式和四柱式放顶煤支架在急倾斜煤层中适用性研究

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作者 刘金凯 李作泉 +2 位作者 张世青 赵健健 张春雷 《中国煤炭》 北大核心 2013年第9期48-51,123,共5页

为了研究四柱支撑掩护式和两柱掩护式低位放顶煤液压支架在急倾斜煤层中的适用性,基于靖远宝积山煤矿在急倾斜煤层中实际使用的四柱支撑掩护式液压支架和两柱掩护式放顶煤液压支架的支柱工作阻力与实际应用效果观测,分析了四柱支撑掩护... 为了研究四柱支撑掩护式和两柱掩护式低位放顶煤液压支架在急倾斜煤层中的适用性,基于靖远宝积山煤矿在急倾斜煤层中实际使用的四柱支撑掩护式液压支架和两柱掩护式放顶煤液压支架的支柱工作阻力与实际应用效果观测,分析了四柱支撑掩护式液压支架前后柱受力不均衡的原因和影响支架端面控顶效果因素。分析结果表明:与四柱支撑掩护式相比,两柱掩护式综放液压支架左右立柱受力均衡,初撑力利用效率高,支柱可以提高较大的水平阻力,端面控顶效果好,在急倾斜工作面中适用性更强。 展开更多

关键词 四柱支撑掩护式液压支架 两柱掩护式液压支架 急倾斜煤层开采 适用性

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两柱式液压支架防止底座前端集中受载的措施——支架液压系统中补偿阀的应用 被引量：8

12

作者 杨立超 《煤炭科学技术》 CAS 北大核心 2005年第1期63-64,共2页

简要分析了自动控制时两柱式支架在初撑时容易出现底座前端集中受载的过程及其原因 ,介绍了在支架液压系统中使用平衡千斤顶补偿阀解决该问题从而避免出现底座前端集中受载工况的办法。

关键词 两柱掩护式支架 底座前端集中受载 平衡千斤顶补偿阀

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两柱与四柱支撑掩护式放顶煤支架选型探讨 被引量：12

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作者 樊伟 《煤炭工程》 北大核心 2018年第A01期19-22,共4页

为了给磁窑沟煤矿13号煤层综放工作面选择适合的液压支架,论述了国内放顶煤液压支架发展及应用情况,对比分析了两柱和四柱支撑掩护式放顶煤液压支架的结构、受力以及对顶底板的适应性等,结果表明:两柱支撑掩护式放顶煤支架在中硬煤层相... 为了给磁窑沟煤矿13号煤层综放工作面选择适合的液压支架,论述了国内放顶煤液压支架发展及应用情况,对比分析了两柱和四柱支撑掩护式放顶煤液压支架的结构、受力以及对顶底板的适应性等,结果表明:两柱支撑掩护式放顶煤支架在中硬煤层相比四柱放顶煤液压支架适应性差别较小,且在实现自动化难度及日常维护量较少,最终晋神磁窑沟煤矿13号煤层首采综放工作面选用两柱掩护式放顶煤支架。 展开更多

关键词 两柱掩护式放顶煤支架 四柱掩护式放顶煤支架 放顶煤 支架选型

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两柱大采高强力放顶煤支架的特点与创新发展 被引量：20

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作者 马端志 王恩鹏 王彪谋 《煤炭科学技术》 CAS 北大核心 2015年第10期111-115,共5页

介绍了放顶煤液压支架的现状和发展趋势,通过与四柱放顶煤液压支架进行对比分析,认为两柱式放顶煤液压支架前端支顶力大,控制煤壁片帮和架前冒顶能力强;顶梁位态调整幅度大,适应外载变化和自身调节能力强;易于实现自动化控制;同等宽度... 介绍了放顶煤液压支架的现状和发展趋势,通过与四柱放顶煤液压支架进行对比分析,认为两柱式放顶煤液压支架前端支顶力大,控制煤壁片帮和架前冒顶能力强;顶梁位态调整幅度大,适应外载变化和自身调节能力强;易于实现自动化控制;同等宽度支架可达到的工作阻力低。阐述了两柱放顶煤支架近几年创新发展的新成果:提高两柱式放顶煤液压支架的极限工作阻力;开发自动化放煤系统;提升钢板性能,降低液压支架质量;认为两柱式大采高强力放顶煤支架将成为大采高自动化综放工作面的首选架型。 展开更多

关键词 两柱式放顶煤液压支架 创新发展 自动化 轻量化

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两柱掩护式综采放顶煤支架的应用

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作者 贾继宇 魏里阳 《煤矿开采》 1995年第2期8-12,共5页

近年来，我国综采放顶煤采煤法得到长足的发展，取得了较好的技术经济效益。文章介绍了石嘴山矿务局二矿，采用２柱掩护式放顶煤液压支架使用经验和效果。

关键词 两柱掩护式支架 低位放顶煤 矿压显现 综采

全文增补中

放顶煤液压支架承载特性及其适应性分析 被引量：35

16

作者 李化敏 蒋东杰 +1 位作者 Syd S Peng 冯军发 《煤炭科学技术》 CAS 北大核心 2015年第6期23-28 70,70,共7页

通过对两柱、四柱式放顶煤液压支架支架结构特征分析,研究了不同工作阻力两柱式放顶煤液压支架、相同工作阻力两柱和四柱式放顶煤液压支架承载特性和其影响因素,并对液压支架适应性进行分析。研究结果表明:液压支架的结构特性决定其承... 通过对两柱、四柱式放顶煤液压支架支架结构特征分析,研究了不同工作阻力两柱式放顶煤液压支架、相同工作阻力两柱和四柱式放顶煤液压支架承载特性和其影响因素,并对液压支架适应性进行分析。研究结果表明:液压支架的结构特性决定其承载特性,两柱式放顶煤液压支架平衡千斤顶机构决定其有效承载范围在顶梁柱窝附近,增大立柱和平衡千斤顶的工作阻力能增大其承载能力,但通过增大平衡千斤顶工作阻力改变支架承载能力有限;四柱式放顶煤液压支架两排立柱与顶梁铰接位置决定其有效承载范围与立柱排距相当,增大前柱工作阻力降低后柱工作阻力能提高支架顶梁前段支撑能力,使支架有效承载范围前移;液压支架承载特性决定其适应性。平衡千斤顶能适时调节两柱式放顶煤液压支架顶梁上顶板荷载作用的位置,使其能适应一般综放工作面,但特厚煤层大采高综放工作面顶板荷载受顶煤放出影响作用位置多变,易导致平衡千斤顶损坏,四柱式支架有效承载范围较宽,使其能适应特厚煤层大采高综放工作面。 展开更多

关键词 两柱和四柱式放顶煤液压支架 承载特性 支架适应性

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整体下井运输受限条件两柱掩护式液压支架设计 被引量：2

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作者 辛家祥 《煤矿开采》 北大核心 2014年第4期50-51,共2页

针对景福煤矿具体情况,研制了ZY6800/24/50D型电液控液压支架,重点介绍了通过优化支架四连杆机构,合理选择顶梁形式及其长度,增大铰接前梁前端支顶力和护帮板挑起力矩,结构件减重设计等措施,缩短了支架最小运输长度,减轻了支架重量,使... 针对景福煤矿具体情况,研制了ZY6800/24/50D型电液控液压支架,重点介绍了通过优化支架四连杆机构,合理选择顶梁形式及其长度,增大铰接前梁前端支顶力和护帮板挑起力矩,结构件减重设计等措施,缩短了支架最小运输长度,减轻了支架重量,使支架不仅能满足整体下井矿井提升要求,还能适应坚硬顶板条件下煤层的开采。 展开更多

关键词 整体下井运输 两柱掩护式液压支架 四连杆 铰接前梁

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薄煤层炮采液压支架的技术特点及其应用 被引量：2

18

作者 王兴雨 陈少华 孔宪生 《中国煤炭》 北大核心 2007年第7期53-54,共2页

阐述了北宿煤矿薄煤层地质特点,确定了两柱掩护式液压支架的技术参数,介绍了该支架的结构、支护方式和应用效果。

关键词 薄煤层 两柱掩护式液压支架 技术参数

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具有国际先进水平的国产综采液压支架如期交付

19

《煤炭工程》 北大核心 2005年第11期10-10,共1页

近日，北京煤矿机械厂为神华集团神东煤炭公司生产的ZY9000／22．5／55型两柱掩护式支架如期抵达矿区。该支架技术性能、整体强度、寿命指标等完全达到设计预定参数和国外先进标准。

关键词 综采液压支架 国际先进水平 神华集团神东煤炭公司 两柱掩护式支架 交付 国产 国外先进标准 技术性能 整体强度

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新阳煤矿矸石粉煤灰充填开采技术 被引量：13

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作者 郭振兴 李刚 +1 位作者 赵帅 陈明程 《煤炭科学技术》 CAS 北大核心 2013年第S2期43-45,共3页

为了解决汾西集团新阳煤矿存在的大量"三下"压煤问题,提高资源采出率,新阳煤矿决定采用矸石、粉煤灰作为充填材料进行充填开采工业性试验工作。笔者系统介绍了新阳煤矿矸石、粉煤灰试验充填工作面管路布置、充填工艺、充填流... 为了解决汾西集团新阳煤矿存在的大量"三下"压煤问题,提高资源采出率,新阳煤矿决定采用矸石、粉煤灰作为充填材料进行充填开采工业性试验工作。笔者系统介绍了新阳煤矿矸石、粉煤灰试验充填工作面管路布置、充填工艺、充填流程等关键技术。针对充填工作面存在的顶板支护以及采煤与充填工艺相矛盾等问题,特别研制了ZCY7200/16/26型两柱掩护式充填液压支架,对采煤与充填工作面空间顶板进行有效支护。采空区矸石、粉煤灰充填开采技术在新阳煤矿的应用与实践,将为我国大量的"三下"压煤进行充填开采提供经验与技术依据,并在地表开采沉陷控制、矿区环境保护等方面探索出一套成功的示范模式。 展开更多

关键词 矸石、粉煤灰充填 充填工艺 两柱掩护式充填支架 “三下”采煤

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