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。     

综放开采散体顶煤的放煤工艺参数试验

以葛泉矿东井11910工作面的地质条件为背景,通过自行研制的放顶煤平面试验台,采用相似材料模拟的手段,对散体顶煤进行放煤试验,得到顶煤的煤岩界面形态,并对不同采放比、放煤步距、放煤方式的顶煤采出率进行统计,分析了3种不同放煤参数的顶煤采出率变化情况。结果表明:采放比1∶1、放煤步距为0.5 m、放煤方式单轮顺序的放煤效果较好,顶煤采出率较高。     

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。     

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。     

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。     

综放工作面采放比对顶煤采出率影响规律研究

为了研究准格尔煤田巨厚煤层采放比对顶煤采出率的影响规律,采用PFC2D数值分析程序对不同采放比和不同放煤步距顶煤的冒放性进行模拟研究,分析煤层厚度一定的情况下采放比与顶煤采出率的关系以及相同采放比条件下不同放煤步距对顶煤采出率的影响.研究结果表明,当采放比大于0.35时,顶煤能够获得足够的松散空间,并能顺利放出;针对开采技术条件,采放比为0.48、放煤步距1.6m时,顶煤放出效果最好.     

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%。     

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。     

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。     

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。     

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。     

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。     

顶煤放出散体介质流理论的现场观测研究

研制了观测顶煤移动和放出规律的专用顶煤运移跟踪仪,用于观测现场顶煤放出率。在室内进行了顶煤放出规律的模拟试验,通过在顶煤不同层位放标志点的方法,详细研究了不同层位顶煤放出率和颗粒移动轨迹,得出靠近支架的下位顶煤受移架步距等影响采出率偏低,靠近顶板的上位顶煤由于窜矸影响,采出率明显低于其他部分。结合标志点在放出过程中的坐标变化,运用回归分析,得出了不同层位顶煤颗粒运移轨迹的曲线方程,表明顶煤颗粒在放出过程中分3个阶段:先沿二次曲线轨迹向后下方移动,然后垂直下降,最后顶煤颗粒会以二次或三次曲线的轨迹向前下方流出放煤口。     

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.     

特厚坚硬煤层超大采高综放开采支架-围岩结构耦合关系

针对榆神矿区坚硬特厚煤层综放开采所面临的顶煤悬顶距长、冒放性差、采出率低和采放不协调等问题,探讨了机采割煤高度6. 0 m以上的超大采高综放开采可行性和必要性,分析超大采高综放开采支架-围岩耦合关系,在支架-围岩强度、刚度和稳定性耦合的基础上,提出超大采高综放开采支架-围岩结构耦合理论。从液压支架与围岩相互作用机理角度,阐释了支架-围岩支护系统"小结构"初次耦合主动支撑和"大结构"二次耦合被动承载概念和理论,分析了围岩"大、小结构"耦合对工作面围岩支护效果和适应性的影响,指出综采放顶煤液压支架结构设计除需满足"小结构"支护系统适应"大结构"周期性破断失稳形成的强动载矿压外,还需考虑液压支架结构(特别是放煤机构结构)对顶煤冒放运移规律和支架载荷演化过程的影响,通过支架结构与顶煤冒放结构耦合实现顶煤顺利放出,提高顶煤采出率。采用理论分析、相似模拟、数值模拟和现场调研等研究方法,分析了坚硬顶煤冒落和放出结构以及冒放过程的成拱机理,讨论了液压支架结构高度对矿山压力显现强度、顶煤冒放结构和资源采出率的影响,研究了放煤机构结构对顶煤成拱结构的影响,以及放煤机构结构对顶煤的二次破碎作用,提出了强力放煤机构结构改进和优化策略,并对破煤机理和效果进行探讨,以期为相似坚硬特厚煤层综放开采支架-围岩耦合提拱理论指导和借鉴。     

极近距离煤层合层综放技术

为研究极近距离煤层合层夹矸的冒放性和顶煤采出率,以山西新柳煤矿极近距离煤层综放开采为工程背景,通过点荷载试验测试夹矸强度,分析夹矸对顶煤冒放性的影响;应用实验室相似模拟和PFC数值计算研究不同夹矸厚度的顶煤冒放性,确定了夹矸最大可放厚度;并应用顶煤跟踪系统,实现新柳煤矿顶煤采出率的现场测试。研究表明,夹矸强度、厚度、裂隙发育特征影响放煤效果显著;新柳煤矿10号、11号近距离煤层最大可放夹矸厚度不宜超过1.0 m;顶煤跟踪系统现场测试顶煤采出率达83.3%。     

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。     

大阳煤矿3~#煤层综放开采可行性研究

分析了大阳煤矿的开采现状和问题,就该矿3＃煤层综放开采的可行性进行了煤层厚度、煤层硬度等6个方面的分析,认为该煤层进行综放开采是可行的,在工作面设备选型方面实现了小型化和轻型化,指出了改善顶煤冒放性、提高顶煤回采率和瓦斯防治是该矿进行综放开采的技术关键,并提出了相应的技术措施。     

特厚煤层综放开采顶煤放出率影响因素分析

采用PFC2D模拟软件对山西兴县金地煤矿特厚煤层低位综放开采散体顶煤在不同采高下的冒落规律进行模拟,并通过理论分析研究特厚煤层低位综放开采顶煤放出率的影响因素。研究结果表明:随着采高的增加,顶煤放出率呈下降趋势;分析了支架掩护梁倾角对其影响,同时通过监测煤矸放出过程中的速度-时间曲线及煤矸成拱次数,得出该矿首采综放工作面选取3m为合适采高,以达到较高的顶煤放出率和开采效率。在实际生产中工作面采高为3m,采放比约为1∶3,采煤机截深0.8m,两刀一放,观测期间工作面取得了较高的顶煤回收率,故该方案可以在该工作面及相似条件下工作面推广采用。