综放工作面顶煤放出规律研究

为了研究顶煤的放出规律,结合放顶煤的特征,建立了顶煤流动一般模型。在散体移动规律的基础上,结合顶煤放出的特点,对方差进行了修正,并引入了流轴,得出了顶煤颗粒移动概率密度方程。通过计算,逐步得出了顶煤颗粒移动速度、迹线、漏斗、以及顶煤放出体方程,并用matelab软件对进行绘图,直观地反映出了顶煤流动规律。顶煤颗粒的移动迹线介于直线和抛物线之间。放出漏斗随放出量的增大而逐渐变化,从移动漏斗逐渐变化为降落漏斗、破裂漏斗。顶煤的放出体形态类似于半个倾斜的椭球体,而又不同于椭球体。     

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。     

特厚煤层大采高综放开采顶煤放出率研究

为了研究大采高综放开采顶煤放出率的规律,在某矿8105工作面设立了测站,采用研制的顶煤运移跟踪仪器对顶煤不同层位进行了深基点实测.观测结果表明:上分层顶煤的放出率低于下分层,低于中分层;顶煤冒落顺序与支架放煤顺序基本一致,一般为下、中、上部,但中部煤层存在反转进入煤流系统的现象;顶煤的平均放出率仅为58.3％,低于行业标准.因此,需要采取技术手段进行顶煤弱化及改进放煤工艺来提高顶煤放出率,同时保证较少的混矸率.     

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。     

基于PFC的放顶煤放煤机理数值模拟

基于PFC颗粒流数值模拟软件,分别模拟了0.6 m、1.2 m、1.8 m这3种放煤步距,结果显示这3种放煤步距放出率分别为86%、83%、74%,含矸率分别为12%、6%、2%。从顶煤的运动特征和接触力场变化规律论述了放煤动态多层位拱结构的发育过程及机理,发现顶煤的放出过程是一个多层位拱结构不断形成、破坏的动态过程,会形成一个动态多层位拱结构;而不同位置的顶煤运移空间受限程度不同,导致不同位置顶煤运动状态不同,当拱结构上方矿山压力大于拱结构内顶煤颗粒之间摩擦力时,拱结构遭到破坏;由于位于拱顶的顶煤运移速度远大于两侧拱脚,导致拱结构的拱顶层位不断向上发育,从而形成高层位的拱结构,涌向放煤口的顶煤可能在放煤口形成低层位的拱结构。研究认为,沿工作面走向顶煤放出体应是一个连续的放煤椭球体,合理的放煤步距应为一个椭球体的宽度,并通过模拟试验证明了通过支架尾梁摆动破拱能够有效提高放煤效率。     

综放开采顶煤运移跟踪仪研制与顶煤回收率测定

基于放顶煤开采模拟试验,探讨了提高顶煤回收率方法,提出了在顶煤中埋设标志点法计算顶煤回收率,采用对比称重法和标志点法计算顶煤回收率的差异来计算出顶煤回收率,研制了顶煤跟踪仪并完善了顶煤回收率现场测定方法.应用顶煤跟踪仪对6个不同条件放顶煤工作面顶煤回收率进行了现场测定,结果表明:研制的顶煤运移跟踪仪可以进行放顶煤回收率的现场测定,能够适合现场复杂条件应用.煤体硬度和裂隙发育程度、顶煤中的夹矸是影响顶煤回收率的主要因素,相对而言,顶煤厚度和煤层倾角对顶煤回收率的影响较小.模拟试验和现场观测均表明,中下部层位的顶煤回收率较高,上部顶煤的回收率较低,靠近支架的最下部顶煤的回收率也较低.     

缓倾斜厚煤层综放开采顶煤采出率数值模拟

建立了缓倾斜厚煤层综采长壁放顶煤二维颗粒流模型(PFC2d,Particle Flow Code-2d),根据实际生产情况,设计了16个正交实验.通过对试验数据进行回归分析,得出了顶煤厚度、顶煤垮落角、放煤步距、支架尾梁摆角与顶煤采出率的关系;运用方差分析法,将4个因素对顶煤采出率影响的显著性进行了研究,得出了顶煤垮落角对顶煤采出率影响特别显著,顶煤厚度、支架尾梁摆角对顶煤回收率影响比较显著,放煤步距对顶煤采出率的影响显著性较小的结论.     

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。     

急斜水平分段放顶煤放煤实验研究

本文分析了急斜煤层顶煤放出过程与缓斜煤层的不同，应用模拟急斜煤层顶煤放出的专用模拟实验架，时急斜特厚煤层水平分段放顶煤开采破碎顶煤的放出进行了实验研究，着重探讨了急斜煤层破碎顶煤的放出规律，以及在保证合理采出率前提下提高产量效益的技术途径。认为在煤层倾角较大的煤层，应适当提高分段高度。     

急斜水平分段放顶煤放煤实验研究

本文分析了急斜煤层顶煤放出过程与缓斜煤层的不同,应用模拟急斜煤层顶煤放出的专用模拟实验架,对急斜特厚煤层水平分段放顶煤开采破碎顶煤的放出进行了实验研究,着重探讨了急斜煤层破碎顶煤的放出规律,以及在保证合理采出率前提下提高产量效益的技术途径。认为在煤层倾角较大的煤层,应适当提高分段高度。     

综放开采顶煤放出散体介质流理论的试验研究

通过模拟试验，系统地研究了综放开采顶煤移动与放出规律、煤岩分界线形状，不同采放比、不同放煤步距、不同煤岩粒径比条件下的顶煤采出率与含矸率等，在理论上提出了顶煤采出率的预测方法．放煤的煤岩分界线为二次曲线，运用放煤前后分界线所围成的煤量减去放煤工艺损失量可预测放出煤量，采放比为1：2、“二刀一放”时，放煤效果较好．     

大倾角厚煤层综放工作面放煤工艺及顶煤运动特征试验

为研究大倾角工作面放煤工艺及顶煤运动特征,采用相似材料模拟,依据放煤步距、放煤顺序、放煤方式、煤层倾角的不同构建了15种放煤模型,对比分析了不同放煤条件下对回采率、顶煤与矸石运动规律的影响。结果表明:工作面倾向采用由下向上单轮顺序放煤、回采方向采用一采一放的组合方式放煤,工作面回采率最高;随着煤层倾角增大,回采率逐渐降低。受煤层倾角影响,放煤漏斗呈非对称圆锥形,由上向下放煤漏斗为倒圆锥,由下向上放煤漏斗为正圆锥;而放煤漏斗轮廓受煤层倾角影响不大。由上向下放煤顶煤有滞留现象,而由下向上放煤则无顶煤滞留现象,下端头可尽可能多放煤,上端头要控制放煤。     

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。     

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。     

综放开采割煤高度与顶煤回收率相互关系研究

采用PFC数值分析程序对综放开采支架上方顶煤的放出进行了模拟,分析了一定厚度顶煤条件下割煤高度与顶煤回收率的关系以及2种不同割煤高度条件下顶煤回收率与顶煤厚度的关系。模拟结果表明,割煤高度越大,顶煤回收率越高,大采高综放开采有利于提高特厚煤层工作面资源采出率。     

下分层孤岛综放工作面顶煤运移特征实测分析

针对义马煤业集团常村煤矿2107-2综放工作面的开采条件,利用深基点跟踪观测法,探讨了孤岛工作面在顶分层已采条件下综放开采时顶煤变形运移特征,对类似地质条件工作面采用综放开采时确定合理的生产工艺参数提供了依据。     

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。     

振动条件下顶煤放出规律数值模拟研究

如何了解破碎煤、矸放落时的运移规律并加以控制以提高煤炭采出率是放顶煤开采技术亟待解决的问题之一.对此本文针对该问题进行了顶煤放出规律的离散元数值模拟研究.通过块裂顶煤放落过程模拟软件的编制开发和块裂顶煤放落过程的离散元数值模拟研究,获得了块裂顶煤在无振动和振动条件下顶煤的放落规律.研究结果表明,采用振动放顶煤技术,可有效地破坏块裂顶煤在重力放落过程(无振动条件下)中出现的拱式结构;同时采用振动放顶煤技术,可使块裂顶煤的放落过程由漏斗式下落转变为较稳定的逐层均匀放落,验证了利用该技术可达到提高顶煤采出率、降低含矸率的目的.