低位综放开采顶煤放出的散体介质流理论与应用

由于放煤口布置方向的差异，放矿椭球体理论的适用条件与低位放煤综放开采的放煤过程有本质差异，因此基于模拟试验、FLAC计算、离散元模拟计算和现场观测，提出了散体介质流理论模型，揭示了低位综放开采中顶煤流动与放出的真实过程，并且成功地指导了现场放煤工艺与参数的确定。     

顶煤放出散体介质流理论的现场观测研究

研制了观测顶煤移动和放出规律的专用顶煤运移跟踪仪,用于观测现场顶煤放出率。在室内进行了顶煤放出规律的模拟试验,通过在顶煤不同层位放标志点的方法,详细研究了不同层位顶煤放出率和颗粒移动轨迹,得出靠近支架的下位顶煤受移架步距等影响采出率偏低,靠近顶板的上位顶煤由于窜矸影响,采出率明显低于其他部分。结合标志点在放出过程中的坐标变化,运用回归分析,得出了不同层位顶煤颗粒运移轨迹的曲线方程,表明顶煤颗粒在放出过程中分3个阶段:先沿二次曲线轨迹向后下方移动,然后垂直下降,最后顶煤颗粒会以二次或三次曲线的轨迹向前下方流出放煤口。     

综放开采散体顶煤的放煤工艺参数试验

以葛泉矿东井11910工作面的地质条件为背景,通过自行研制的放顶煤平面试验台,采用相似材料模拟的手段,对散体顶煤进行放煤试验,得到顶煤的煤岩界面形态,并对不同采放比、放煤步距、放煤方式的顶煤采出率进行统计,分析了3种不同放煤参数的顶煤采出率变化情况。结果表明:采放比1∶1、放煤步距为0.5 m、放煤方式单轮顺序的放煤效果较好,顶煤采出率较高。     

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。     

水峪煤矿综放工作面顶煤冒落规律研究

通过现场实测，发现水峪矿７１０１综放工作面顶煤在支架后方有滞后垮落现象，并从理论上分析了产生这种现象的原因，为分析和治理该面采出率低，含矸率高提供了理论依据。     

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。     

特厚煤层综放开采顶煤放出率影响因素分析

采用PFC2D模拟软件对山西兴县金地煤矿特厚煤层低位综放开采散体顶煤在不同采高下的冒落规律进行模拟,并通过理论分析研究特厚煤层低位综放开采顶煤放出率的影响因素。研究结果表明:随着采高的增加,顶煤放出率呈下降趋势;分析了支架掩护梁倾角对其影响,同时通过监测煤矸放出过程中的速度-时间曲线及煤矸成拱次数,得出该矿首采综放工作面选取3m为合适采高,以达到较高的顶煤放出率和开采效率。在实际生产中工作面采高为3m,采放比约为1∶3,采煤机截深0.8m,两刀一放,观测期间工作面取得了较高的顶煤回收率,故该方案可以在该工作面及相似条件下工作面推广采用。     

小采放比综放开采工艺的试验研究

基于对回采率和含矸率的各种影响因素的分析,通过数值模拟和现场试验,对于较薄厚煤层小采放比综放开采,采用小插板低位支架,一刀一放及单轮顺序放煤工艺是提高回采率,降低含矸率的有效途径,此开采工艺可为同类情况借鉴。     

综放开采顶煤放出规律的BBR研究

借助于自主研制的相似模拟实验台和PFC软件,系统研究了综放开采顶煤放出规律,建立了统一研究煤岩分界面、顶煤放出体、顶煤采出率和含矸率四要素的BBR研究体系。分析了煤岩分界面形态以及支架和移架对其影响,提出了可用抛物线拟合煤岩分界面。将放出体分为发育不完整、基本成熟和成熟3个发育阶段,发现了支架掩护梁影响会使放出体前部发育较快,始终超出椭球体范围的现象,指出顶煤放出体是一被支架掩护梁所切割的非椭球体,定义其为切割变异椭球体。为了提高顶煤采出率、降低含矸率,应尽可能地扩大放出体与煤岩分界面的相切范围,通过确定合理放煤工艺与参数,控制煤岩分界面形态来提高顶煤采出率是可行的措施。待放顶煤区域处于由采空区岩石与支架顶梁形成的拱形挤压力链的卸压区内,在放煤口附近顶煤易成拱。     

余吾煤业厚煤层低位放顶煤综放开采技术

通过对余吾煤业3号煤层赋存特征及现场实践经验进行分析,确定该矿 S2205 工作面采用综采放顶煤的采煤方法及其回采工艺并选定了配套设备,指出可采用支架反复支撑顶煤,增大其破损度;增大工作面倾斜长度,降低初采损失、末采损失和端头损失;采用单轮间隔放煤方式并确定该工作面合理的放煤步距为O.8 m等有效途径提高煤炭采出率.同时,采取了一系列安全保障技术措施,有效地治理了工作面瓦斯、防治了煤层自燃、显著降低了工作面煤尘,从而保证了工作面安全高效开采.     

大阳煤矿3~#煤层综放开采可行性研究

分析了大阳煤矿的开采现状和问题,就该矿3＃煤层综放开采的可行性进行了煤层厚度、煤层硬度等6个方面的分析,认为该煤层进行综放开采是可行的,在工作面设备选型方面实现了小型化和轻型化,指出了改善顶煤冒放性、提高顶煤回采率和瓦斯防治是该矿进行综放开采的技术关键,并提出了相应的技术措施。     

高韧性特厚煤层综放开采顶煤弱化处理研究

灵武矿区2号煤层,硬度系数小,但韧性高,煤层厚度大,在开采过程中表现为顶煤悬顶面积大,冒落滞后,冒落块度大。结合磁窑堡二矿综放试验,研究了提高高韧性特厚煤层顶煤松动爆破技术参数,成功地实现了高韧性特厚煤层的综放开采。     

新世纪中国综放开采技术发展的思考

综放开采经过20年的试验、发展与推广提高,取得了显著的成就。实践证明综放开采是一种高产、高效、安全、低耗、经济效益好的采煤方法。但是,综放开采在诸如顶煤运动规律、工作面装备水平、安全技术等方面仍存在不足和未知之处。据此,提出了新世纪综放开采技术发展的设想。     

急倾斜极软厚煤层走向长壁综放开采技术研究

以峰峰集团山西大远煤业1201急倾斜工作面为背景,系统研究了急倾斜厚煤层走向长壁综放开采的基本问题,指出支架的合理设计是该类煤层成功开采的首要条件,支架设计要充分考虑急倾斜厚煤层综放开采的顶板活动规律,以工作面上部顶板的冲击载荷确定支架的工作阻力。同时急倾斜支架要有足够的抗侧向挤压能力,结合工作面采放工艺确定侧护板的抗挤压能力。急倾斜厚煤层综放开采的顶煤放出体与煤岩分界面具有明显的不对称性。结合顶煤放出规律、支架稳定性等综合确定采放工艺,提出“下行动态分段、段内上行放煤”的采放工艺,适用于急倾斜厚煤层走向长壁综放开采,可最大限度地减少采放过程中对支架的不利影响,并可获得较高的顶煤采出率。工作面安装前需对软弱底板进行加固。     

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。     

Stress analysis of longwall top-coal caving face adjacent to the gob

ABSTRACT

In longwall top-coal caving (LTCC) mining, progressive failure process of top coal is closely related to the mining-induced stress. In order to achieve failure mechanisms of the top coal, stress distribution of the LTCC face adjacent to the gob is analysed in this study with field investigation and numerical simulation. The concentration and rotation phenomenon of the principal stress are recognised. Particular emphasis is placed on rotation characteristics of the principal stress in the top coal adjacent to the gob. In addition, the influence provided by periodic rupture of the main roof on the mining-induced stress is discussed.     

急倾斜厚煤层走向长壁综放开采支架稳定性分析

针对急倾斜厚煤层走向长壁综放开采中支架参数设计问题,根据工作面支架与围岩关系特点,分析了支架侧护板抗挤压能力的重要性;结合"下行动态分段、段内上行放煤"的采放工艺,通过支架受力分析建立了平衡方程,分别计算出了段内支架侧护板抗倾倒和抗下滑受力大小;以大远煤业1201急倾斜工作面为背景建立PFC2D计算模型,得出了保持支架稳定的侧护板抗挤压能力为763 k N,验证了现场所用ZFY4800/17/28型综放支架的可靠性;对影响支架稳定性的各因素进行了分析,提出了在急倾斜走向长壁综放开采工作面应采用大宽高比、低重心、低重量综放支架,应合理控制采高、工作面倾角以及增大支架与顶底板间摩擦等措施,以减小支架发生倾倒下滑的可能性,确保支架侧护板可以发挥良好的导向、调架功能。