工作面倾角对含硬煤夹层顶煤放煤方式的影响

为了研究工作面倾角对顶煤放煤方式的影响规律,采用PFC2D数值模拟软件,模拟了不同倾角综放面依次采用不同的放煤方式开采散体顶煤的冒放规律,统计出了不同放煤方式时工作面倾角与顶煤放出率的关系,得出了综放工作面倾角为15～30°时优选双轮顺序放煤。应用散体介质力学原理,分析了工作面倾角不同时影响煤矸流动规律的主要因素为自然安息角和煤岩成拱;探讨了工作倾角与上、下部煤矸分界线的关系,且煤岩成拱概率随工作面倾角增大而增大;此外,指出了工作面倾角不同时自然安息角和煤岩成拱对煤矸流动规律的作用程度不同。     

低位综放开采顶煤放出率与含矸率的关系

进行了考虑煤矸破碎块度沿厚度方向变化的散体模型放煤工艺试验研究,分析了低位综放开采的煤矸流动形态特征及过量放煤对煤矸分界线形态的影响,研究了混矸程度与顶煤放出率的关系,提出了顶煤拐点放出率的概念;研究了放煤过程中煤矸流中矸石比例的变化规律,分析了过量放煤对后续放煤的影响.在放煤过程中可以将放煤口煤矸流中矸石的比例为1/3作为终止放煤的依据,对应的顶煤放出率可达94％,含矸率为10％左右,增加一定的含矸率可大幅度提高顶煤放出率.放煤口煤矸流中矸石的比例最大不能超过1/2,否则,增加含矸率对提高顶煤整体放出率的作用降低,且不利于后续放煤.     

放煤顺序对大倾角走向长壁综放开采放出率的影响

为研究大倾角走向长壁综放工作面在不同放煤顺序时的顶煤放出率,通过理论分析研究工作面倾角及放煤顺序对顶煤的运移和放出规律的影响,并且采用PFC2D颗粒流数值模拟软件对新疆兵团农四师71团煤矿大倾角走向长壁综放开采工作面进行模拟,统计出工作面在不同倾角及不同放煤顺序时顶煤的放出率。研究结果表明:采用上行式放煤时,顶煤放出率随工作面倾角增加呈增加趋势,而采用下行式放煤时,顶煤放出率呈减小趋势。随着工作面倾角的增大,上行式放煤的优势变得更加明显。在工作面现场应用中,上行式放煤取得了良好的顶煤回收效果。     

元堡煤矿浅埋特厚煤层综放开采顶煤冒放性研究

为了提高元堡煤矿浅埋特厚煤层综放开采顶煤的回收率,以该矿1901综放工作面的开采条件为背景,采用理论分析和模拟试验,就顶煤厚度和放煤步距对顶煤冒放性的影响规律进行了研究。结果表明:随着顶煤厚度的增加,顶煤放出率呈现先增大后减小的趋势,而放出煤体中的含矸率和放矸率则呈现一直减小的趋势;随着放煤步距的增大顶煤放出率、含矸率、放矸率则都是呈现一直减小的趋势。由此确定出1901综放面3.5 m机采高度条件下的临界放煤厚度为10 m,最佳放煤方式为"一采一放"。     

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。     

含夹矸结构复杂厚煤层综放开采顶煤放出特点与放煤工艺研究

论文通过对综放工作面含夹矸结构复杂段顶煤运移、顶煤放出特点和放煤工艺的研究。认为在结构复杂条件下的顶煤的冒放性不仅与放煤参数、顶煤及直接顶的垮落特征有关,而且还受夹矸层岩性及厚度的影响,并提出选择两刀一放单轮间隔放煤方式对提高煤炭回收率、降低原煤含矸率有利。     

浅埋坚硬特厚煤层综放开采顶煤冒放结构分析

为深入研究浅埋坚硬特厚煤层综放开采顶煤冒放结构特征,以主采3号煤层的榆阳地区千树塔煤矿作为研究背景,采用数值模拟、理论分析和现场实测等综合方法对坚硬顶煤冒放结构进行了研究,得出靠近工作面两端头位置坚硬顶煤容易形成“悬臂”结构。由悬臂顶煤内部应力解析和模拟得到顶煤不同的破断长度对其垮落放出有着重要影响,当其破断长度小于放煤口水平投影宽度时,垮落放出相对较为容易;当其破断长度大于放煤口水平投影宽度时,垮落放出较为困难,并且增加处理大块煤的时间,该结论解释了坚硬顶煤垮落放出困难的宏观结构因素。     

近距离煤层合并综放开采放煤工艺优化研究

为了提高近距离煤层合并综放工作面顶煤采出率、降低含矸率,以袁店一井煤矿822综放工作面为背景,采用PFC~(2D)数值模拟软件对3种不同放煤步距和5种不同放煤方式的顶煤采出率和含矸率进行了对比分析。研究结果表明,当822工作面夹矸厚度2 m、顶煤厚度3 m时,合理放煤步距为两采一放(1.2 m),合理放煤方式为单轮间隔放煤;工作面无论采用何种放煤工艺,都必须要将顶煤下方的夹矸放出后,才能放出顶煤,顶煤含矸率最低理论值为54.35%。     

双斜大倾角综放工作面顶煤冒放性研究

为了研究不同倾向角度对顶煤放出体形态的影响,以及不同走向角度和不同放煤方式对大倾角综放工作面顶煤放出率的影响,基于庞庞塔煤矿10~#煤层综放工作面工程地质条件进行了放煤过程的数值模拟。研究发现:随着倾向角度增大,顶煤的流动速度加快,放出量增大,且顶煤在向倾向角度上端发展,煤岩分界面在放煤口的两侧由对称逐渐趋于非对称;随着走向角度增大,顶煤放出率不断降低,且俯采放出率高于仰采;在放煤步距为0.8、1.6、2.4 m时,顶煤放出率在走向倾角为0°时达到最大值;在走向角度一定时,放煤步距为1.6 m时放出率最高;在采放比为1∶2、1∶2.5、1∶3下,采放比越大,顶煤放出率增大;采用多轮顺序放煤具有明显优势,工作面煤炭放出率达到86.33%。     

不稳定厚煤层放顶煤开采煤矸流场规律的数值模拟研究

放顶煤开采过程中,由于顶煤厚度的变化,使得煤矸流场规律发生变化,影响了顶煤的放落回收。基于鹤壁十矿在煤层厚度变化较大条件下放顶煤开采的实际,应用PFC2D计算程序,模拟分析了顶煤厚度变化,即采放比不同对煤矸流场特征和顶煤放出规律的影响。结果表明:顶煤损失是随放煤循环逐渐积累的过程,煤矸流动的速度场和接触力场以放煤口为中心呈半拱形状,距放煤口距离越小,接触力越小。     

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。     

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.     

块度级配对散体顶煤流动特性影响的试验研究

掌握破碎后散体顶煤的流动特性和放出规律是综放开采优化放煤工艺参数、提高顶煤采出率、降低含矸率的重要基础。不同块度的顶煤在松散煤块集合体中所占的比例称之为块度级配,块度级配是松散煤体流动特性的重要影响因素之一。为了研究块度级配对散体顶煤流动特性的影响,基于自主研制的放煤试验台,采用物理模拟试验和理论分析相结合的方法探究了块度级配对初始放煤量、颗粒运移轨迹以及煤岩分界面演化特征的影响。不同块度级配条件下的放煤试验结果表明,初始放煤量随顶煤平均块度的增大而增大;放出顶煤的块度级配变化显著,小块度顶煤占比高时,大块顶煤更易被放出;反之,大块顶煤因成拱频繁而放出量少;初始煤岩分界面演化过程中其最低点由放煤口中心线逐渐偏向采空区侧,且顶煤平均块度越大越显著,其运动轨迹基本符合横向抛物线形式。支架上方顶煤颗粒运动速度明显快于采空区侧顶煤颗粒;顶煤平均块度较小时,顶煤颗粒运动速度较快,成拱次数较少;顶煤通过放煤口以后,顶煤流动扩散角随顶煤平均块度的增大而增大。基于散体介质力学理论推导了支架侧和采空区侧初始煤岩分界面动态演化方程,结合放煤试验结果确定了不同顶煤块度级配条件下煤岩分界面理论方程的修正系数取值:支架侧初始煤岩分界面理论方程的修正系数k_R的取值为0.30～0. 35,采空区侧分界面理论方程的修正系数|k_L|的取值为0.25～0.28;讨论了顶煤块度级配对方程修正系数的影响规律,发现随着顶煤平均块度的增大,k_R和|k_L|的取值范围呈增大趋势。     

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。     

厚煤层放煤工艺参数的散体模拟研究

为了优化放煤工艺参数,依据相似理论,采用散体相似模型的试验方法,分析了顶煤放落过程中煤矸的成拱类型,成拱几率,分析了不同放煤步距对煤矸流动形态及混矸程度的影响。试验表明,采用两采一放提高了复杂结构顶煤的可放出性、顶煤采出率,使含矸率降低。     

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%。     

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。     

特厚煤层合理放煤工艺研究

为了解决特厚煤层放出率问题,针对担水沟煤矿大倾角特厚煤层的复杂地质条件,通过实验室散体实验分析大倾角厚煤层条件下,放煤步距对顶煤采出率的影响,得到不同放煤步距的顶煤的放出率与含矸率,两采一放的顶煤放出率最高,含矸率最低,用PFC数值软件研究了大倾角厚煤层综放开采不同放煤方式顶煤的放出率.确定了合理的放煤工艺,即两采一放双轮顺序放煤、放煤步距为1.6 m.工业性试验表明采用优化后的放煤工艺能够显著提高顶煤的放出率,统计得出9101工作面的顶煤放出率达到87.62％,采出率达到87.12％.     

综放工作面端头区煤岩的冒放规律及合理工艺参数

为实现端头顶煤的最大化回收,根据端头区排头支架所处工作面位置、架型和工作面地质技术条件,建立了端头放煤三维模型,分析了端头区不同放煤区域和工艺参数对煤岩放落流动的影响规律以及顶煤回收率。研究发现随着端头区排头支架放煤架数增多,煤矸的位移矢量和运移范围明显增大,应力向工作面前方、巷道及煤柱侧转移,煤矸分界线变得不清晰,放出率减小、含矸率增大;根据顶煤回收率及对巷道稳定性的影响,把端头区顶煤划分为易放煤区、较易放煤区和较难放煤区,端头放煤以易放煤区和较易放煤区为主。由此提出了端头区放煤的原则,确定了端头区放煤的工艺方式和相关参数,现场应用取得了良好的技术经济效果。