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。     

急倾斜厚煤层走向长壁综放开采支架稳定性分析

针对急倾斜厚煤层走向长壁综放开采中支架参数设计问题,根据工作面支架与围岩关系特点,分析了支架侧护板抗挤压能力的重要性;结合"下行动态分段、段内上行放煤"的采放工艺,通过支架受力分析建立了平衡方程,分别计算出了段内支架侧护板抗倾倒和抗下滑受力大小;以大远煤业1201急倾斜工作面为背景建立PFC2D计算模型,得出了保持支架稳定的侧护板抗挤压能力为763 k N,验证了现场所用ZFY4800/17/28型综放支架的可靠性;对影响支架稳定性的各因素进行了分析,提出了在急倾斜走向长壁综放开采工作面应采用大宽高比、低重心、低重量综放支架,应合理控制采高、工作面倾角以及增大支架与顶底板间摩擦等措施,以减小支架发生倾倒下滑的可能性,确保支架侧护板可以发挥良好的导向、调架功能。     

综放开采散体顶煤对支架与围岩关系影响的实验研究

散体顶煤的存在会改变综放开采支架与围岩相互作用关系。自主设计了散体动载荷冲击实验平台,对不同散体颗粒种类、不同颗粒大小、不同堆积厚度以及不同冲击力条件下进行动载冲击实验,揭示了散体顶煤对综放开采支架与围岩作用关系的影响。研究发现:散体密度与缓冲效果存在正相关,散体顶煤的堆积密度越大,散体缓冲上部动载荷效果越明显;散体堆积厚度变化存在临界值,当堆积厚度小于临界值时,破碎岩石堆积厚度越小冲击效果越明显,相反冲击压力随着堆积厚度的增加逐渐减小而后趋于不变;散体粒径越大,岩石缓冲上部动载荷效果越明显,但缓冲曲线的波动性较大,表明冲击过程比较剧烈。同时,提出了在支架选型时,要综合考虑煤层赋存条件、破碎顶煤性质及支架结构性能等因素,以保证放顶煤安全开采。     

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。     

工作面倾角对综放开采散体顶煤放出规律的影响

为了研究工作面倾角对综放开采散体顶煤放出规律的影响,基于BBR研究体系,采用等效重力场法对不同工作面倾角条件下的顶煤放出过程进行了离散元数值模拟,分析了工作面倾角对顶煤放出体、煤岩分界面和顶煤采出率的影响.结果表明:顶煤放出体体积随着工作面倾角的增大而增大;初始放煤阶段体积非对称性系数W随工作面倾角的增大而基本呈减小趋势,正常循环阶段放出体的横向扩展差ΔB随工作面倾角增大呈线性关系增大;在相同的起始煤岩分界面下,工作面倾角增大导致上端头侧终止分界面逐渐向重力线靠近,工作面上端头顶煤被大量放出同时遗留在采空区的煤损量增大;顶煤采出率随工作面倾角的增大呈现出先增大后减小的变化特征.