特厚煤层综放开采顶煤放出规律的数值模拟研究

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1、全日制硕士学位论文特厚煤层综放开采顶煤放出规律的数值模拟研究申请人姓名：张群磊指导教师：李化敏学位类别：工学硕士专业名称：矿业工程研究方向：采矿理论与技术河南理工大学能源科学与工程学院二○一七年六月中图分类号：TD821密级：公开UDC：622单位代码：10460特厚煤层综放开采顶煤放出规律的数值模拟研究NumericalSimulationstudyoncharacteristicsoftopcoalreleasefromfullymechanizedmininginextrathickcoalseam申请人姓名张群磊学位类别工学硕士专业名称矿业工程研究方向采矿理论

2、与技术导师李化敏职称教授提交日期2017年3月答辩日期2017年6月河南理工大学致谢本论文是在李化敏教授精心指导下完成的，在论文写作过程中导师在论文选题，现场实践和论文撰写方面给予了非常详尽的指导。导师严谨的治学和科研态度、诲人不倦的育人作风使我受益匪浅，在此特向李化敏老师表示诚挚的感谢和深切的敬意！特别感谢中国科学院力学研究所李世海研究员、冯春老师、马照松老师、周东老师、王杰博士、段文杰博士、郭汝坤博士、唐德宏博士、樊志勇博士等对论文的理论分析和数值模拟给予的详尽指导和帮助！感谢冯军发博士、李回贵博士、刘闯博士、王伸博士在论文选题、方案设定及课题组讨论中给予的指导和

3、帮助!感谢张旭和师兄在工程现场观测分析、工程方案制定及论文写作过程中给予的指导和帮助！感谢朱乾坤、申路路、宋远等同学在论文写作分析讨论过程中给予的指导和帮助！感谢同煤集团塔山矿和同忻矿的相关工程技术人员和领导在工程现场方面给于的详尽指导和帮助！特别感谢我的父母亲人，正是他们在生活上给予我的关怀和帮助、对我学业的默默支持和付出使我得以安心科学研究，顺利完成学业！最后，感谢各位专家、教授在百忙之中对论文的审阅和指导！摘要为研究特厚煤层综放开采的顶煤放出规律，以大同矿区同忻煤矿的综放开采工作面的实际条件为工程基础，以三维地质建模、理论分析和数值模拟等为研究手段。结合CAD、

4、SUFFER和ANSYS等软件进行工作面煤层三维地质建模；通过关键层理论，分析工作面上覆岩层的赋存特征；运用数值模拟方法研究顶煤的放出规律，对比优化放煤工艺；通过理论分析推导影响工作面正常生产的主要放煤参数的理论公式。研究结果表明：通过煤层三维建模可以直观获得不同空间位置的煤层赋存状态；随着顶煤厚度的增大，顶煤的有效放出率逐渐降低；传统放煤工艺的单支架放煤时间不规律，自动化放煤规律且便于操作；顶煤放出体在工作面方向成近似椭圆态，在工作面推进方向上呈偏向采空区的不规则椭圆态；增大放煤步距，顶煤放出率降低；多轮自动化放煤工艺可使煤矸分界面平缓下沉，有效提高顶煤的放出率，降

5、低含矸率。通过理论分析建立了单支架放煤时间与整个工作面放煤时间的关系，建立了同时放煤的支架数量与后刮板机运煤功率之间的关系。关键词：三维建模；关键层理论；数值模拟；放煤参数IAbstractInordertostudythelawofthetopcoalreleaseinthethickcoalseam,thepracticalconditionsofthefullymechanizedtopcoalcavingfaceinDatongminingareaaretheengineeringbasis,andthethree-dimensionalgeologicalm

6、odeling,theoreticalanalysisandnumericalsimulationareusedastheresearchmeans.CombinedwithCAD,SUFFERandANSYSsoftwareforcoalseamthree-dimensionalgeologicalmodeling.Throughthetheoryofkeylayer,thecharacteristicsofoverlyingstratainworkingfaceareanalyzed.Thenumericalsimulationmethodwasusedtostu

7、dythereleaselawoftopcoal,andthecoalprocesswasoptimized.Thetheoreticalformulaofthemaincoalcavingparameterswhichaffectthenormalproductionofworkingfaceisdeducedbytheoreticalanalysis.Researchindicates:Throughthethree-dimensionalmodelingofcoalseam,theoccurrencestatusofcoalseamwithdi