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。     

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。     

仰斜综放开采散体顶煤放出机理研究

为了研究仰斜综放开采条件下散体顶煤的放出机理,以某矿8101仰斜综放工作面为工程背景,采用PFC2D软件建立离散元数值模型,从速度场分布、放出体形态和煤岩分界面特征等方面进行了分析。研究表明:与水平综放相比,仰斜综放开采顶煤速度场分布具有扰动区向支架前方顶煤延伸的特征,顶煤放出体有明显向支架前方发育的趋势,煤岩后分界线呈现出"折线状",煤岩前分界线有向采空区凸出的特征。     

综放开采顶煤放出体理论计算模型

从理论上描述了综放开采顶煤放出体的形态及影响因素,引用散体介质力学中的Bergmark-Roos模型（B-R模型）,考虑了综放支架对顶煤放出过程及放出体的影响,通过散体顶煤三维放出相似模拟和PFC3D数值模拟,得到了重力加速度修正系数K,对B-R模型进行了改进,改进后的模型可以准确描述顶煤放出过程,得到了顶煤放出体理论形态。支架掩护梁-散体顶煤和顶煤-顶煤之间摩擦因数f的差异会导致顶煤放出体左右两侧散体颗粒临界运移角度θG的不同,使放出体向支架前方超前发育,这一放出体理论形态与BBR研究中顶煤放出体呈“切割变异椭球体”的形态相吻合,使用该理论模型可预测不同顶煤厚度条件下的放煤时间。     

综放开采顶煤破坏规律数值模拟研究

根据斜沟煤矿13#煤层赋存情况,运用FLAC3D数值模拟方法对厚煤层综放开采主要影响因素进行研究,得到了各因素影响规律.各因素与顶煤破坏综合指标显著相关,对影响程度进行主次排序:埋深→煤单轴抗压强度→工作面长度→支架支撑力→煤厚.     

综放工作面顶煤放出体形态理论研究

为了表述顶煤放出煤体形态,将破碎的顶煤看作随机流动的松散介质,利用PFC2d(Particle Flow Code-2d)离散元计算软件建立了放顶煤横向剖面的二维模型,通过离散元迭代法计算出顶煤放出体形态。以放出体边界小球坐标为基础,对随机介质理论的二维方程进行数据拟合,得出了二维顶煤放出体函数。顶煤放出过程是三维流动过程,在二维模型的基础上,假设在横向剖面和纵向剖面2个方向上,顶煤流动是相互独立的,以边界小球坐标为依据,对随机介质理论的三维方程进行数据拟合,得出了三维顶煤放出体函数,函数图与模拟放出体形状基本一致,说明将随机介质理论引入顶煤放出体形态研究是可行的,可以依此合理确定生产过程中的放煤参数。     

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.     

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。     

大采高综放开采顶煤运移规律的数值模拟研究

采用FALC3D软件模拟研究了塔山煤矿8105工作面在不同采高、不同支护强度下顶煤水平、垂直位移与距煤壁距离间的变化规律。模拟结果表明采高加大顶煤始动点前移、位移量增加,有利于顶煤的破碎;加大支架支护强度对下位顶煤位移量影响较大,有利于下位顶煤的破碎。     

综采放顶煤工作面相似模拟研究

综采放顶煤工作面上覆岩层的破坏和冒落是一个复杂的力学过程。用相似材料模拟试验法,对放顶煤开采上覆岩层运动和矿压显现规律进行研究,得出了上覆岩层运动特点和工作支承压力分布规律,并对顶煤破碎与支承压力的关系进行了分析,为工作面矿压控制参数选择提供了依据。     

阜生煤业保护层开采UDEC数值模拟研究

以潞安集团阜生煤业保护层开采为研究背景,通过对阜生煤业工程概况和地质条件分析,采用UDEC数值模拟对开采上覆14号煤层作为保扩层的可行性和必要性进行研究,主要研究指标为下伏15号煤层的岩层位移和膨胀率等指标。结果表明:被保护层的膨胀率达到了3‰,满足《防治煤与瓦斯突出规定》中的相关规定,可以达到较好的防突效果。该研究为阜生煤业实施上保护层开采作为防突措施的可行性提供了理论支撑,同时也保障了矿井安全生产。     

高阶段崩落法采场地压规律数值模拟分析

采用三维弹塑性有限元法对高阶段崩落法采矿的凿岩进路开挖、切割槽开挖和崩落回采过程进行了数值模拟研究。结果表明, 凿岩进路开挖后, 由上往下巷道周边的应力和位移量呈递增趋势, 巷道顶板拉应力区的深度为0.8~1.5 m;切割槽开挖后, 凿岩进路周边应力和位移量都有所增加, 影响范围约为15 m;随着崩矿的进行, 凿岩进路周边的应力和位移量缓慢增大, 采场应力环境不断恶化。     

综放采空区瓦斯流动规律数值模拟研究

采用Fluent模拟软件,选择标准双方程模型,对u型和U＋L型通风方式下综放采空区瓦斯流动进行数值模拟,研究其分布规律。模拟结果表明：在走向方向上,从自然堆积区到压实稳定区,在倾斜方向上,从进风侧到回风侧,在垂直方向上,从底板到断裂带最上部,瓦斯浓度逐渐增大;上隅角瓦斯浓度由u型的13％T降到了U＋L型的0．6％左右,大大降低了上隅角瓦斯浓度,有效的解决了瓦斯超限的问题。     

厚煤层综放工作面开采矿压显现规律

为了研究石港煤矿综放面采动引起的岩层移动规律,以石港煤矿15101综放工作面为例,采用矿用数字压力计分机、矿用压力数据采集器监测支架工作状况,推断厚煤层综放开采覆岩运动和压力显现特征,结果表明:15101综放工作面基本顶初次垮落步距平均为31.8 m时,呈上部大下部小的趋势,周期来压步距平均为8.0 m,动载系数平均为1.73,具有明显的规律,为顶板来压期间瓦斯治理提供重要的依据。     

大采高综放面初采阶段顶板运动规律研究

为确定长春兴煤矿301综放工作面初采阶段顶板运动规律,保证综放工作面安全高效回采,针对22煤层具体情况,运用传递岩梁理论,采用理论分析推算的研究方法对301综放工作面初采阶段顶板运动参数进行了计算,构建了301综放工作面初采阶段顶板结构模型。     

特厚煤层综放采场支承压力分布的数值模拟

针对特厚煤层综放采场邻空巷道超前支护段巷道大变形问题,通过FLAC3D数值模拟软件模拟郭家河煤矿1305工作面回采过程,得到综放采场支承压力的分布特征,分析邻空巷道大变形的原因。结果表明:随着工作面推进,特厚煤层综放工作面超前支承压力峰值及影响范围逐渐增大,峰值点位于工作面前方10~25 m,峰值应力集中系数在1.2~3.2之间,支承压力影响范围超过100 m,影响集中区域为工作面前方60 m;采空区的存在使得工作面侧向支承压力影响范围增大4倍以上,应力集中系数增大0.7~1.3,随着工作面邻近,侧向支承压力增长速度变快,应力峰值深入实体煤的距离增大;邻空巷道强矿压显现是双向高支承压力叠加作用的效果。     

浅埋煤层工作面的UDEC数值模拟研究

利用UDEC数值模拟软件对山西焦煤集团东曲矿浅埋煤层工作面开采导致的覆岩移动及裂隙发育过程进行数值模拟研究,真实反映了在工作面推进过程中覆岩移动及裂隙发育规律,得出浅埋煤层开采后直接顶和老顶的垮落步距以及上覆岩层移动规律.     

综放工作面粉尘运动规律数值模拟及现场实测

以某矿综放工作面为研究对象,采用数值模拟及现场实测法,得出综放工作面粉尘运动分布规律.结果表明:割煤过程是综放工作面的主要产尘环节.割煤时下风向20 m、移架下风向10 m和放煤下风向5 m为重点防尘地点;割煤时下风向60 m、移架下风向10 m和放煤下风向20 m以后多为难于沉降的呼吸性粉尘,防尘重点应为呼吸性粉尘.