基于随机介质理论的综放开采顶煤放出规律

顶煤的放出特征对综放开采采出率和含矸率有重要影响。基于模型试验,考虑综放支架影响,首先拟合出顶煤沉降曲线极值点偏移公式,依据随机介质理论建立了煤矸分界线和顶煤放出体方程。结果表明:支架尾梁的限定作用和放煤口导致放出条件的突变对煤矸分界线及顶煤放出体形状有重要影响,煤矸分界线在远离支架处表现为较标准的漏斗曲线,靠近支架处渐变为凸型曲线,靠近放煤口处则表现为向尾梁方向勾折;放出体在放出高度较小时呈向尾梁后上方倾斜的不规则状,轴偏角较大,随着放出高度增加,放出体呈前下方被尾梁切割的变异类椭球体状,轴偏角减小并稳定为零,支架尾梁后上方顶煤是综放开采所放顶煤的主要组成部分。     

综放开采顶煤放出规律三维数值模拟

综放开采中支架上方顶煤在矿山压力作用下破碎成散体,其力学特性与均质岩体相比有较大差异。基于离散元的三维颗粒流程序（PFC3D）能真实地反映顶煤放出过程,建立了综放开采顶煤放出的三维数值模拟模型,进行了不同采放比、放煤步距和放出体形态等的模拟。初始放煤过程中,顶煤颗粒会形成稳定的速度场及二次松散区域;顶煤放出体呈现出支架限定的类偏转椭球体,放出体轴偏角随放煤时间增大呈指数关系减小,放出体高度随放煤时间增大呈幂函数关系增大;顶煤放出体切割煤矸分界面所形成的漏斗面是一个中心轴朝采空区偏移的三维漏斗曲面;不同采放比与放煤步距下,顶煤采出率随工作面的推进呈现出典型的渐进稳定效应。     

综放开采顶煤采出率预测模型的构建与应用

顶煤采出率是厚煤层综放开采最为关注的的核心问题之一,为了明确放煤终止原则,最大程度地提高顶煤采出率,基于随机介质流理论,首先推导了煤矸分界线和放出体方程,根据放出体方程分析了顶煤放出体的形态演化特征。协同考虑煤矸分界线和顶煤放出体的形态演化,建立了顶煤采出率与含矸率的理论计算模型,并根据此模型探讨了不同顶煤厚度条件下顶煤采出率与含矸率的相互关系;然后结合塔山煤矿生产实际,利用模型试验设置了两种顶煤厚度,获得了顶煤采出率与含矸率的试验关系曲线;最后对塔山煤矿8101,8102和8111三个工作面顶煤采出率与含矸率进行现场实测,并根据实测数据拟合出顶煤采出率与含矸率的关系曲线;将模型试验和现场实测所得顶煤采出率与含矸率关系曲线分别与理论研究对比分析,验证了理论分析的可行性。研究结果表明:顶煤放出过程中,放出体轴偏角随放出体高度增加逐渐减小,即放出体逐渐向煤壁方向倾斜,其形状由尾梁切割类圆形逐渐过渡为类椭圆形;针对某一固定采高和放出体高度,顶煤越薄,对应的放出体轴偏角及放出量越大;顶煤采出率与含矸率呈非线性增大关系,提出了顶煤拐点采出率与拐点含矸率概念,生产实际中,可将含矸率9%～16%作为厚煤层综放开采放煤终止的参考依据。     

综放开采顶煤放出体理论计算模型

从理论上描述了综放开采顶煤放出体的形态及影响因素,引用散体介质力学中的Bergmark-Roos模型（B-R模型）,考虑了综放支架对顶煤放出过程及放出体的影响,通过散体顶煤三维放出相似模拟和PFC3D数值模拟,得到了重力加速度修正系数K,对B-R模型进行了改进,改进后的模型可以准确描述顶煤放出过程,得到了顶煤放出体理论形态。支架掩护梁-散体顶煤和顶煤-顶煤之间摩擦因数f的差异会导致顶煤放出体左右两侧散体颗粒临界运移角度θG的不同,使放出体向支架前方超前发育,这一放出体理论形态与BBR研究中顶煤放出体呈“切割变异椭球体”的形态相吻合,使用该理论模型可预测不同顶煤厚度条件下的放煤时间。     

急倾斜特厚煤层走向长壁综放工作面顶煤运动规律研究

通过相似材料模拟试验及FLAC数值模拟,对宝积山煤矿急倾斜厚煤层走向长壁综放开采顶煤运移规律进行了研究。通过分析顶煤运移及主应力分布特点表明,不同角度下松散放出体仍为近似椭球体,在煤层倾斜方向上轴线并未偏移;工作面角度对放出体发育高度及形态有较大影响,同时影响高位顶煤放出。研究对704工作面放煤工艺的参数优化具有指导意义。     

水平分段综放开采顶煤放出体理论计算模型

水平分段综放开采是急倾斜特厚煤层的主要开采方法之一。水平分段综放开采工作面相对较短，导致顶、底板边壁对放煤规律的影响较大。基于BBR理论，采用Bergmark-Roos (B-R)模型分析了存在倾斜边壁影响时的顶煤运移规律及放出体形态变化机理;建立了水平分段综放开采受顶、底板侧边壁影响的放出体理论计算模型，推导了包含轴倾角参数的放出体边界方程;通过颗粒流离散元数值分析得出了轴倾角参数与边界条件的定量关系，采用物理相似实验数据对理论模型进行了验证，提出了不同煤层倾角范围内的合理分段高度及放煤方式优化建议。研究结果表明:倾斜边壁的存在使得散体顶煤受到更大的横向应力，从而改变了顶煤颗粒运移加速度的方向;近边壁处放煤口两侧散体顶煤递补潜力的差异，导致其运移加速度的大小不同;顶煤加速度大小和方向的改变导致放出体轴线方向偏离重力方向。受倾斜边壁影响，放出体形态在轴线两侧呈现非对称性，与近底板侧相比，近顶板侧放出体受边界影响的程度更大;放出体轴倾角β随着煤层倾角的增大呈线性增大关系。随着不放煤段长度的增大，近顶、底板侧放出体的轴倾角均逐渐趋近于90°。物理模拟试验结果验证了理论模型的准确性;采用“底...     

浅埋坚硬顶煤合理放煤工艺分析

为了提高浅埋坚硬特厚煤层综放开采顶煤放出率,以千树塔煤矿11301综放工作面为研究背景,采用数值模拟和现场试验方法对坚硬顶煤块体冒落结构、放煤工艺等进行了研究。结果表明:一刀一放顶煤放出率高于两刀一放,多轮放煤顶煤放出率高出单轮放煤。提出以提高顶煤放出率为落脚点,对放煤工艺进行优化,得到合理的放煤工艺为"一刀一放、多轮顺序"。     

特厚煤层连续群组放煤方法初始顶煤放出规律研究

为了阐明特厚煤层群组放煤条件下初始顶煤的放出规律,采用理论分析和数值模拟的方法,研究了放煤口宽度对顶煤放出体形态特征、煤岩分界面演化以及两者空间关系的影响规律。结果表明,在顶煤厚度12 m条件下,随着放煤高度与放煤口宽度之比(δ值)的增大,放出体偏心率呈增大趋势,当δ值增大到一定程度后放出体偏心率逐渐趋向于一个稳定值。随着放煤口宽度的增大,单次顶煤放出量和放出效率均有显著提升,初始煤岩分界面影响范围不断增大,而其边界斜率呈降低趋势;放出体与煤岩分界面相切段的高度和范围不断增加,更有利于顶煤的充分放出,顶煤放出体与相邻煤岩分界面的相切特征可作为评估连续群组放煤顶煤放出效果的有效方法。     

综放开采顶煤破碎放煤工艺参数优化研究

提高顶煤回收率是综放开采技术的关键,而顶煤的破碎程度及破碎后的充分放出对顶煤回收率有着重要影响。因此,研究厚煤层综放开采顶煤在不同工艺参数下的破坏机理、破碎程度及放出规律,对于实现综放开采工作面的高产高效具有重要意义。以王家岭煤矿2#煤层12309综放开采工作面为研究背景,通过理论计算与相似模拟实验相结合的方法,得出合理的放煤步距为0.865m,并在合理机采高度和放煤步距的基础上研究了不同放煤方式,得出一采一放为最合理的放煤工艺;最后,基于研究得出的放煤工艺参数对王家岭煤矿2#煤层12309综放开采工作面放煤进行数值模拟,其顶煤回收率和含矸率分别为90.6%、7.2%,考虑到现场放煤控制难易程度及工作面生产效率,确定出合理的放煤方式为单轮间隔放煤。     

综采放顶煤放煤工艺计算机模拟研究

放煤工艺是放顶煤开采的关键技术.对放煤工艺进行了计算机模拟,分析了随着顶煤厚度、放煤高度的变化,放出体形态和松散矸石垮落状况的变化;并采用离散元法对支架连续推进过程中顶煤的移动进行模拟.数值模拟研究表明,模拟结果与实际生产中的放煤步距相对应,验证了采用一刀一放、单轮间隔放煤作业方式的合理性.     

基于YADE的综放工作面进刀放煤三维仿真北大核心

以Linux环境下离散元开发环境YADE为基础,开发了综放工作面连续进刀放煤三维仿真系统;系统以煤矿真实地质环境设置放煤参数,有效模拟了放煤过程中尾梁摆动、液压支架推移动作,以及尾梁顶部的煤矸混合动态变化过程;在此基础上,开展了单轮放煤、双轮放煤等不同工艺的进刀放煤对比试验。结果表明:进刀放煤三维模型能够真实地模拟顶煤放出过程,为从三维角度研究综放开采顶煤放出规律提供了新的方法;在综放工作面连续进刀放煤条件下,双轮分段间隔放煤效果最好,其平均顶煤采出率为86.64%、含矸率为4.06%。     

对机械化放顶煤开采的几点认识

本文全面阐述了机械化放顶煤回采工作面的特点,提出了影响顶煤放出量的三个主要因素:顶煤垮落角、顶煤高度及放煤口位置。根据实测和实验结果分析了这些因素对放煤量的影响程度和相互关系,同时论述了放出体轴偏角概念及与顶煤放出量的相互关系。     

多夹矸近水平煤层综放开采顶煤三维放出规律

基于散体介质流理论的学术思想,采用三维散体相似模拟试验和数值模拟分析相结合的方法,对多夹矸近水平煤层综放开采煤矸放出体空间形态及顶煤采出率的三维分布特征进行了研究探讨。研究表明,多夹矸近水平综放工作面放煤量从上端头到下端头逐渐增加,含矸率相应降低,工作面下端头的放煤效率较高;顶煤采出率沿煤层走向分区呈动态演化过程,且沿煤层倾向具有周期性分布的特点;煤矸放出体体积随放煤高度增大呈幂函数关系增大;顶煤采出率和含矸率随放煤时间呈阶段性变化特征;采用间隔放煤有利于提高多夹矸煤层的顶煤采出率。     

综放面顶煤放出规律的UDEC数值模拟研究

指出了UDEC离散元数值模拟软件研究放出规律的优越性,模拟了包括初次放煤、移架、放煤在内的循环放煤过程。通过对比分析不同阶段顶煤放出规律,研究得出:初次放煤过程中,由于支架掩护梁倾角及初次放煤前支架上方顶煤与支架后方顶煤存在一个支架高度的高差,所以放出漏斗开始就呈现出向采空区侧倾斜;随着放煤的进行,煤矸分界线不断沉降,但是放煤漏斗的倾向基本固定。通过对不同阶段放出体形状的对比分析,发现椭球体的长轴基本垂直经过放煤口中心,这与金属矿放矿椭球体相吻合,这说明在放煤过程中主导椭球体方位的是重力作用,而非掩护梁倾角。初次放煤并移架后的放出规律依然符合椭球体放煤理论,由于移架的作用避免了初次放煤后同一椭球面上矸石的放入。     

基于BBR的特厚煤层综放开采放煤方式优化研究

合理的放煤方式是特厚煤层综放开采顶煤充分放出的关键。基于BBR研究体系,对特厚煤层综放开采的放煤方式进行了优化研究,提出了分段大间隔放煤方式;给出了特厚顶煤条件下合理放煤间隔的确定公式,并讨论了其关于破碎顶煤厚度、破碎直接顶厚度和松动体偏心率的敏感性;最后采用PFC数值模拟的方法比较了不同放煤方式的放煤效果。结果表明,与顺序放煤和普通间隔放煤方式相比,分段大间隔放煤方式扩大了可放出区域,减少了架间残煤,使顶煤采出率分别提高了18.2%和9.1%。     

顶煤放出规律计算机可视化仿真

应用散体顶煤运动数学模型和计算机可视化仿真技术,对顶煤放出扩展过程及放煤步距、放煤间距等工艺参数影响顶煤放出规律进行了动态可视化仿真研究。研究结果表明,一定条件下顶煤的放出形态为近似旋转椭球体,相邻椭球体之间的三角煤难以全部做出;优化放顶煤主要工艺参数是提高煤放出率、降低含矸率的有效措施。本方法的应用为优化工艺参数和研究顶煤放出规律提供了一种新的途径。     

平朔矿区综放开采顶煤放出规律试验研究

文章对平朔矿区综放开采的顶煤放出规律进行了研究,针对平朔4#煤、9#煤进行了顶煤放出的相似性模拟试验,得出了不同采放比、使用不同开采方式下顶煤放出含矸率及顶煤放出率的相对关系。通过实验数据分析,得出了平朔矿区综放开采的合理放煤工艺为一采一放。在现场实际放煤过程中,可将煤流中的矸石比例达到1/5作为终止放煤的依据。     

耿村煤矿特厚煤层综放开采顶煤放出率研究

针对义马矿区耿村煤矿三软、特厚煤层地质采矿条件,利用颗粒流PFC~(3D)数值计算软件,数值计算研究分层放顶煤和整层放顶煤开采条件下顶煤运动规律和顶煤放出率,优化放煤工艺参数。研究结论对于提高耿村煤矿综放面采出率具有一定的理论价值和现场指导意义。     

基于散体相似材料模拟的综放开采初始放煤特性研究

综放开采过程中,由于顶煤移动边界的影响,初始与周期放煤特性不尽相同,准确描述初始放煤特性对提高顶煤回收率,优化放煤工艺参数有着重要意义。以王家岭煤矿12309工作面为背景,运用理论分析、现场实测及相似模拟试验相结合的方法,对综放工作面顶煤的初始放出特征及规律进行了研究。结果表明：将顶煤等效直径分为0～9cm、9～18cm、18～27cm、27～36cm四个区间,每个区间顶煤块体质量分数分别为13.83%、46.31%、20.34%、27.36%|相似模拟试验求出的放出体左右两侧的重力加速度修正系数分别为1/108、1/92,将系数引入到改进B-R模型后计算得出12309工作面的初始放煤时间为33.95s,与实测放煤时间的误差仅为7.74%,可准确描述顶煤的放出特征。     

急倾斜水平分段放顶煤放煤规律的离散元模拟研究

提高水平分段高度是提高急倾斜水平分段放顶煤产量的有效途径,但顶煤分段高度提高后,其顶煤的放出工艺如何控制是影响其放出率的关键因素。对急倾斜水平分段放顶煤的放煤过程进行了离散元数值模拟,重点比较了在相同顶煤高度的条件下,顺序放煤与隔架放煤的特点,并在理论分析中给出了确定放煤轮数的具体公式,所得结论可供工程实际参考应用。