南阳坡矿综放顶煤放出率及工艺优化研究

针对南阳坡矿综放工作面顶煤放出率较低问题,分别研究了不同放煤步距和放煤顺序时工作面顶煤运移规律及顶煤放出率,确定采用两刀一放配合间隔放煤的最优工艺。研究表明,间隔放煤较顺序放煤时工作面支架整体放煤量较高,优化后提高顶煤放出率。     

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。     

综放工作面放煤方式对顶煤放出率的影响规律研究

综放工作面顶煤的冒放性直接关系到煤层的回采率,顶煤的放出率影响因素较多,本文以唐家会煤矿6煤层综放工作面为研究对象,利用PFC软件分析单轮顺序放煤、单轮间隔顺序放煤及单轮间隔多口放煤等几种放煤方式对顶煤放出率的影响,结果表明:单轮间隔多口放煤时煤体下落过程中相互作用、相互碰撞,有利于增加顶煤放出率,且该放煤方式能够部署两个甚至更多的放煤口同时放煤,降低工作面完成一次放煤所需要的时间,是一种合理的放煤方式。     

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。     

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%。     

综放开采顶煤垮落角对放煤规律影响研究

为研究散体顶煤在顶煤垮落角(未破碎顶煤)影响下的放出规律,借助离散元软件,将破碎后的顶煤简化为六边形不规则块体,分别研究了顶煤在不同垮落角下的放出规律。结果表明,当顶煤垮落角θ≤75°时,顶煤放出率随θ增大而增加,随后在θ=90°时迅速减少,而后随θ增大逐渐增加。顶煤放出率在θ=75°时达到最大为81.0%,在θ=60°及θ=90°时最小为70%。针对不同顶煤垮落角,放煤工艺的优化应综合考虑煤矸分界面与放出体形态及其位置关系,综合控制不同放煤阶段的放煤量与含矸率。     

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.     

水平分段综放开采放煤方式优化研究

为了提高急倾斜煤层水平分段综放开采的顶煤采出率,基于BBR研究体系,以某矿1203东翼工作面为工程背景,采用相似模拟实验和理论分析相结合的方法对放煤方式进行优化研究。实验结果表明:采用大间隔放煤方式,在初始放煤后,放煤漏斗主要由上分段采空区矸石对顶煤放出区域进行递补而形成,更有利于顶煤的放出;工作面不同位置的顶煤放出量呈现出锯齿状分布,锯齿峰值较大,反应了放出体充分发育;顶煤采出率比顺序放煤和常规间隔放煤分别提高了5.91%和3.17%。最后通过计算1203东翼工作面合理放煤间隔对其现场放煤方式进行优化,提高了其顶煤采出率。     

特厚煤层综放开采多口同时放煤三维实验研究

为提高特厚煤层综放工作面顶煤回收率及放煤效率,重点研究了多口同时放煤的放煤方式。根据塔山煤矿8222工作面实际情况,进行了多口同时放煤三维相似模拟实验。结果表明：首次放煤时,单口放煤放出体大致呈下窄上宽的漏斗状,多口同时放煤放出体呈现中部宽、两端窄的特点,放煤量呈现单口>双口>三口的现象。首次放煤时,开口数目越多煤岩分界线的斜率越大,对顶煤的扰动范围越大,煤岩分界线的最低点越高,损失的低位顶煤越多,且煤岩分界线最低点基本在该组支架的中心位置;放煤结束后,三口组放出更多支架上方及前方的中低位顶煤,放煤量总体呈现三口>双口>单口的现象。     

用计算机模拟确定合理的放煤工艺

本文根据用计算机对煤岩分界线随着顶煤放出的变化形态进行的模拟研究,全面分析了顺序一次全量和均匀等量多轮放煤工艺以及放煤间距对顶煤回收率的影响,从而提出了比较实用的合理放煤工艺:顺序隔架一次全量折返式放煤工艺。     

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％.     

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。     

基于BBR体系的提高综放开采顶煤采出率工艺研究

对放煤工艺进行优化是提高综放开采顶煤采出率的主要途径之一。本文基于BBR研究体系,采用散体放煤试验和离散元数值计算相结合的方法,从煤岩分界面特征和顶煤放出体发育的角度研究了多口同时放煤、分段逆序放煤的散体顶煤放出规律及提高顶煤采出率的机理。研究表明:采用多口同时放煤的方式可提高顶煤采出率,多回收的部分主要来自于工作面中部的中高位顶煤;随着放煤口长度的增大,放出体体积呈线性增大,初始矸石混入点位置向放煤口上方移动,终止煤岩分界面形态逐步呈现出向已放煤侧凸出的特征;采用分段逆序放煤方式可使下端头顶煤采出率提高13.98%,且在正、逆序段衔接处可形成有利于放出体发育的煤岩分界面形态,减少了采空区残煤;逆序段放煤量增长率随逆序段长度增大呈现出先增大后减小的趋势;采用分段逆序双口同时放煤方式,可达到同时提高工作面中部和下端头顶煤采出率的目的。     

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。     

顶煤动态分析及放煤参数的确定

对综采放顶煤开采的顶煤移动、顶煤破碎、顶煤放出等动态过程进行了分析；研究探讨了放煤步距、放煤顺序、顶煤厚度等主要放煤参数及其对顶煤回采率的影响。     

急倾斜顶底板处顶煤放出规律研究

论文对急倾斜水平分段放顶煤顶底板处的顶煤放出进行了试验研究,分析了三角煤损失及煤岩分界线的状态,以底板三角煤采出率的大小为依据,对合理顶煤分段高度的取值及合理放煤支架位置的布置进行了研究;以顶板处放煤后煤岩分界线的状态为依据,对顶板影响区的顶煤放出提出了放煤时间控制放煤口何时关闭,而非见矸关门。     

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。     

基于随机介质理论的综放开采顶煤放出规律研究

为了进一步弄清综放开采顶煤放出规律,利用理论分析和数值模拟相结合的方法,对综放开采放煤过程中顶煤放出体的动态演化进行了研究,指出了传统椭球体理论分析顶煤放出体形态的局限性。研究结果表明:数值模拟所得顶煤放出体形态及其演化规律与理论分析结果吻合较好,证明将随机介质理论应用于分析综放开采放煤过程是可行的;放出体高度较小时,放出体呈尾梁切割类球形,传统椭球体理论的适用性较低,随着放出体高度的增加,放出体逐渐转化为尾梁切割类椭球状,其轴偏角逐渐减小;综放开采所放主要为尾梁后上方顶煤;同一放出体高度,周期放煤所放顶煤量较初始放煤多,轴偏角亦较初始放煤大。     

伊田煤业综放开采工艺参数分析

根据矿井实际条件,利用模糊数学方法,对顶煤冒放性进行综合预测,认为工作面顶煤属于Ⅲ类冒放性中等。为提高顶煤冒放性,增加顶煤放出率,对影响顶煤放出的技术因素进行分析研究,确定工作面的支架阻力、采放比、控顶距和放煤步距等合理工艺参数,为相似条件下工作面放煤参数的确定提供参考。     

放顶煤开采顶煤块度分布规律研究

实验研究了放顶煤开采顶煤破碎块度与支承压力（采深）、煤体强度和裂隙发育程度的相互关系，根据放煤率要求和可放出块度原则获得能预测临界开采深度的关系式，用加权平均块度指标评价支承压力、煤体强度和裂隙发育程度对顶煤冒放性分类的影响，提出顶煤冒放性的三因素评价准则．