特厚煤层综放开采顶煤遗失机理及放煤步距优化数值模拟研究

为确定特厚煤层综放开采的合理放煤步距,探究放煤步距对顶煤遗失和回收率的影响机理,以塔山煤矿8222综放工作面为工程背景,采用CDEM颗粒-块体单元耦合数值模拟方法,建立考虑液压支架支撑作用的二维走向开采数值模型,研究特厚煤层综放开采放煤步距对遗煤形态、放煤漏斗、煤岩分界线等的影响,揭示“见矸关门”条件下的顶煤遗失机制,探索顶煤在采空区内随综放工作面循环推进的遗失规律。结果表明：随着综放工作面不断推进,液压支架上方的矸石提前到达放煤口,采空区一侧部分顶煤未能放出而留在采空区内,造成顶煤遗失;放煤步距对煤岩界面形态和煤岩相互侵入有显著影响,进而影响顶煤回收率和混矸率;通过数值分析、顶煤回收率和总回收量指标确定了塔山煤矿8222综放工作面12 m顶煤厚度下最佳放煤步距,为0.8 m。     

综放面顶煤回收率的研究

本文用相似材料模拟试验法,对生产实践中无法确定的顶煤回收率问题进行了研究,茆 较有价值的研究结果：单轮顺序放煤优于单轮间隔放煤方式;含矸率越高,顶煤回收率越高,无矸回收率为８０％。     

结构复杂厚煤层综放开采相似模拟研究

以现场实测资料为基础,通过实验室相似模拟试验对含厚夹矸结构复杂厚煤层的综放开采对工作面含厚夹矸顶煤的冒放性、放煤工艺及放出规律、夹矸层极限厚度的确定等问题进行了研究,并指出了含夹矸顶煤活动规律对放顶煤开采的影响．     

结构复杂厚煤层综放开采相似模拟研究

以现场实测资料为基础,通过实验室相似模拟试验对含厚夹矸结构复杂厚煤层的综放开采对工作面含厚夹矸顶煤的冒放性、放煤工艺及放出规律、夹矸层极限厚度的确定等问题进行了研究,并指出了含夹矸顶煤活动规律对放顶煤开采的影响.     

不同煤厚综放工作面合理放煤工艺数值模拟研究

同忻煤矿8202综放工作面顶煤回收率较低,为提高煤炭资源采出率,利用CDEM建立沿工作面倾向的数值模型,模拟研究综放工作面顶煤厚度分别为4.0,8.0,12.0 m时不同放煤工艺的放煤过程,分析煤矸分界面和顶煤回收率的变化规律,优化不同顶煤厚度条件下放煤工艺参数。结果表明,顶煤一次放出的厚度越大,各放煤口放煤量差异越大,放煤过程中煤矸互层越严重,煤矸分界面越混乱,顶煤回收率越低。对比可知,8202综放工作面采用三轮顺序放煤工艺时顶煤回收率最高。     

特厚煤层顶煤渐进破坏的块体-颗粒耦合模拟研究

为研究特厚煤层大采高综放开采过程中顶煤随开采进程的渐进破坏行为,探索FLAC3D块体和PFC3D颗粒动态耦合的三维数值模拟方法,考虑多台液压支架协同作用并采用Fish语言编写移架和放煤口控制算法,基于离散裂隙网络模型开发顶煤损伤裂隙的监测程序,实现顶煤裂隙发育过程可视化,在耗费较短计算时间和占用较小运行内存条件下可较为准确实现顶煤压裂、破碎直到散体放出全过程的工程尺度三维数值模拟。结果表明：顶煤裂隙在控顶区急剧发育,其中下部顶煤裂隙发育速度较快,然后逐步向上发展,这使得下部顶煤裂隙逐步贯通直至破碎为散体放出,上部顶煤主要以块体形式逐步破碎;破碎顶煤运移为垂直和水平方向的三维矢量合成运动,液压支架后方采空区内的条带状散体顶煤垂直位移集中区是导致遗煤出现的主要原因;力链体系演化可反映顶煤破碎机制,强力链束和拉力链的周期性作用使顶煤发生周期性破坏。该研究方法对于实现三维自动化多支架复杂放煤方式模拟、揭示顶煤破坏运移机理、指导放煤支架选型具有重要意义。     

综放开采上覆巨厚砾岩层离层和断裂力学模型及其应用

放顶煤开采上覆巨厚砾岩层变形移动直接影响到采场矿压显现,上覆巨厚砾岩层断裂下沉造成综放面出现大能量微震事件.基于河南省西部矿区某煤矿13230综放面地质采矿条件,利用相似模拟试验和理论分析研究了综放开采上覆巨厚砾岩层离层和断裂力学模型.基于巨厚砾岩层发育特征,以中部弱面为界将其划分为下位和上位砾岩层.相似模拟得到了综放开采砾岩层与下伏岩层之间离层的时空演化规律,将离层演化过程划分为“孕育阶段—加速阶段—缓慢扩展阶段—稳定阶段”4个阶段;模拟得到了砾岩层初次和周期垮落体为四棱柱体,推出了垮落体对综放面冲击能量计算式;建立了综放开采巨厚砾岩层离层和断裂力学模型,推出了离层量和砾岩层初次垮落步距计算式.现场微震系统监测结果表明,巨厚砾岩层下、上位砾岩层的初次和周期垮落产生的震动场都将对综放面煤岩体产生冲击,在综放面前方煤岩体出现大能量的矿震,其中下位砾岩层断裂时对综放面冲击最严重.研究结论对巨厚砾岩层下综放开采时地面减沉和井下冲击地压预测防治具有重要的指导意义.     

特厚煤层综放工作面变宽煤柱段巷道掘进期间围岩矿压显现特征分析

为了掌握大同煤矿集团有限责任公司塔山煤矿特厚煤层综放工作面变宽煤柱段巷道掘进期间围岩变形破坏特征,采用现场实测、数值模拟及理论分析方法,分析了变宽煤柱段巷道掘进期间围岩矿压显现规律,研究了变宽煤柱段巷道围岩应力场及煤岩体能量分布特征,揭示了特厚煤层变宽煤柱段巷道掘进期间巷道矿压显现机理。研究表明:特厚煤层变宽煤柱段巷道掘进期间伴随有声响、震动、冒顶、片帮等强矿压现象,主要发生在煤柱宽度22.4～47.9 m段;侧向应力及煤体能量集中分布于距采空区边缘30～40 m处,呈"带"状分布,随着煤柱宽度的增大,巷道围岩侧向应力及围岩积聚的能量曲线表现出先增后减的趋势,在煤柱宽度约35 m时应力和能量均达到最大值,分别为24.27 MPa和7.29×10~5 J;巷道掘进使砌体梁结构的力学平衡状态受到破坏,引起围岩应力的快速动态调整,当煤岩体中的静载荷与采掘活动引起的动载荷叠加值超过煤岩体的承载极限时,煤体中集聚的大量弹性应变能以动能形式释放从而引起巷道矿压显现。     

大倾角煤层综放俯斜开采采煤机工作状态分析与改进

以理论分析、现场实测为基础,研究了大倾角煤层综放俯斜开采采煤机的受力及工作状态;提出了加高滑靴,调整摇臂摆动范围的采煤机防斜试验设计方案,并进行了现场试验与测试．结果表明,该方案简单易行,便于安装更换,工作稳定可靠．     

Development of 3D top coal caving angle model for fully mechanized extra-thick coal seam miningOA

During high-intensity, fully mechanized mining of extra-thick coal seam, the top coal would cave to a certain 3D form. Based on the data collected during drilling, a 3D model of top coal caving surface space was established to determine the relationship between the location of the stope roof and the caving surface,enabling the mathematical computation of the top caving angle(φ). The drilling method was employed to measure the top caving angle on two extra-thick fully mechanized coal caving faces...     

特厚易自燃煤层综放工作面采空区氧化自燃带分布规律模拟研究

特厚煤层(厚度8m)放顶煤开采过程中,采空区遗煤多,煤自燃火源隐蔽,位置和程度难以判定,加大了矿井火灾防治的难度。本文通过ANSYS FLUENT软件对山西峁底矿13204易自燃煤层综放面(煤层平均厚度12.06m)采空区的空间自燃"三带"分布规律进行了研究。模拟结果表明:沿采空区走向,在底板进风侧附近,氧化自燃带离工作面最小距离为20m,宽度68m;沿工作面倾向,氧化自燃带沿垂直于工作面的中心线呈非对称分布,进风侧氧化自燃带最宽,回风侧次之,采空区中部最窄;沿垂直高度方向,进风侧氧化自燃带距离底板最高可达30m,其宽度为12m。本文研究结果有望为特厚易自燃煤层综放面采空区防灭火提供理论借鉴作用。     

综采放顶煤与瓦斯突出的耦合关系研究

对煤与瓦斯突出发生的综合作用机理及治理技术进行总结,从宏观上提出治理煤与瓦斯突出的技术手段;分析总结我国综采放顶煤开采的技术成果,讨论了工作面应力分布规律和顶煤变形规律对突出的影响;认为:具突出危险性的厚煤层采用综采放顶煤开采法对消突是有积极作用的.     

综采放顶煤与瓦斯突出的耦合关系研究

对煤与瓦斯突出发生的综合作用机理及治理技术进行总结,从宏观上提出治理煤与瓦斯突出的技术手段;分析总结我国综采放顶煤开采的技术成果,讨论了工作面应力分布规律和顶煤变形规律对突出的影响;认为具突出危险性的厚煤层采用综采放顶煤开采法对消突是有积极作用的.     

两硬综放面顶煤顶板冒放结构探讨

用深基点观测和理论分析的方法揭示坚硬顶板、坚硬煤层条件下综放开采顶煤顶板活动规律及其冒放结构，结论对生产有现实的指导意义。     

路天煤矿1604工作面采放参数研究

根据椭球体放煤理论对综采放顶煤的合理采放参数进行了研究,并利用数值分析工具MATLAB对研究结果进行了分析,结合神华集团乌海能源有限责任公司路天煤矿1604工作面的煤层赋存情况对其采放参数进行了确定.现场实施结果表明,采放参数合理,其工作面实际回收率达到了88.6%,实现了高产高效开采的目标.     

厚煤层综采放顶煤工艺研究初探

本文用现场实测与观察法在三河尖矿对厚煤层综放工艺进行了现场研究,以回收率为衡量指标对放煤工艺方式及参数进行了研究,获得了满意的结果。同时结合采区合理巷道布置及生产管理,阐述了实现综放面高产高效的途径,最后论述了防尘及防灭火措施。这些研究结果对同类综放面设计提供了工艺方面的经验及参数。     

“三软”煤层综放开采避开动压沿空留巷方法及应用

为实施"三软"煤层综放面沿空留巷,掌握留巷围岩结构和矿压变化规律,以新登煤矿31061综放面为研究对象,研究采空区侧向覆岩结构和应力分布,综放面后方沿空留巷变形和顶板压力分阶段变化规律,提出了避开动压沿空留巷方法,并在现场进行了工业试验。研究表明:(1)31061采空区侧向煤壁变形量大,应力降低区范围大,应力集中影响范围达到煤体内部30 m。(2)留巷矿压显现分为3个阶段。工作面后方30~40 m为巷道加速变形阶段,从工作面后方5 m留巷变形速度持续增加,但顶板压力升高较慢;工作面后方40~70 m为变形持续阶段,此阶段巷道变形速度保持稳定,顶板压力快速升高,临时支架产生变形破坏;工作面后方70 m以后为变形稳定阶段,此阶段变形速度明显降低,顶板压力趋于稳定。(3)避开动压沿空留巷方法是利用临时支护使留巷度过动压影响阶段,允许巷道有较大变形量,在工作面后方一定距离处对留巷进行扩修和加固。实践表明,该方法具有成本低、工艺简单、留巷后期稳定性好、留巷施工与采面生产互不干扰等优点,在条件适合的矿区值得推广。     

深井综放沿空掘巷合理支护形式研究

为了给深井综放沿空掘巷的支护选型和参数设计提供指导与依据,首先从结构力学的角度对目前综放沿空掘巷常用的工字钢棚和锚网梁(索)2种支护形式的作用机理进行了分析,然后通过实验室物理模拟试验研究了上述2种支护形式的作用效果,并且从关键承载层与次生承载层的相互关系分析了锚索的支护作用.结果显示,锚网梁(索)支护能很好地适应深井综放沿空掘巷的变形特点与维护要求,是理想的支护形式;顶板锚索的作用主要是将锚杆锚固形成的次生承载层与深部关键承载层连接起来,大大增强围岩稳定性.