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1、第28卷第9期北京科技大学学报Vol.28No.92006年9月JournalofUniversityofScienceandTechnologyBeijingSep.2006大倾角厚煤层综放开采颗粒元分析1,2)2)3)2)2)王树仁王金安刘淑宏吴顺川谢俊文1)燕山大学建筑工程与力学学院,秦皇岛0660042)北京科技大学土木与环境工程学院,北京1000833)东北大学秦皇岛分校,秦皇岛0660042D摘要应用PFC计算程序,对某矿水平与倾斜联合布置的折线型综采面,分析了散体顶煤和破碎直接顶的落放过程及落放形态,揭示了不同放煤步距连续推进模式下的煤损动态特征,并对不同放煤顺序
2、的顶煤回收率及支架受力工况进行了优化分析.研究表明:折线型综采面采用自上而下的回采顺序,顶煤回收率高,支架受力均匀;低位单口放煤时,放出体形态向采空区侧偏转;在支架连续推进过程中,煤损形态节律性变化;大倾角厚煤层综放开采,采用中档放煤步距的经济技术效果较好.关键词大倾角厚煤层;综采放顶煤;散体介质;运移特征;数值模拟分类号TD82321目前,对综放开采过程中顶煤及覆岩的运动1工程背景规律、散体顶煤及破碎直接顶的落放过程及落放[1]规律的研究,主要采用现场实测、室内实验和甘肃靖远某矿四煤层为矿井的主采煤层,沉理论分析三种方法.由于受到客观条件的限制及积层位较稳定,煤层倾角为29~4
3、7,煤层厚度各种复杂因素的影响,现场实测不易获取系统的860~2440m,平均厚度1643m.煤岩结构为内在规律,而且局部的测定结果也很难无争议地单一条带状和层状结构.四煤层的伪顶为黑色、推广到大范围的工程中去.对岩土类材料相似模深灰色泥岩和炭质泥岩,质软,易冒落,厚度为型的相似率不易得到很好的满足,一直是相似材030~120m;直接顶为深灰色粉砂岩和细砂岩,料模拟实验难以得到更好应用的最大障碍.现有厚度为787~4750m;老顶为深灰色、灰色细砂的解析方法,由于基本假设太多,往往与工程实际岩和粗砂岩,厚度为637~5263m.四煤层的底脱节,或者难于取得可靠有效的计算参
4、数,使得到板为灰色、灰黑色粉砂岩,坚硬稳固性好,厚度为的结果与工程实际相差很大.室内数值模拟实验270~1337m.井田内四煤层为低硫、低磷、低可人为地控制和改变实验条件,能考虑单因素或灰分、发热量较高的优质动力用煤.多因素对问题的影响,实验周期短、成本低、可视该矿四煤层综放面走向长度为600m,倾斜长度112m,采高240~280m,初选支架类型为化效果好,实验可多次重复进行且能保存实验结果,已成为当前广泛应用的研究方法[23].四柱、低位支架,宽度150m,高度170~300m,平均放高为1363m,整个煤层埋深为260~本文采用现场实测初参数、室内模拟实验与320m.现
5、场生产实践相结合的研究方法,对某矿大倾角综采面下部水平布置,上部沿煤层倾向布置.厚煤层综放开采过程中,散体顶煤和破碎顶板的因此,该综放面兼有水平开采和倾斜开采的特点,落放过程、落放规律以及在不同放煤步距连续推综放采场的煤岩应力、变形与破坏规律将具有新进模式下的煤损特征等进行模拟分析,并对折线[4]的特色.试采煤层倾角约为30,试采成功后将型综放面不同放煤顺序的顶煤回收率及支架受力开采该矿倾角为42的煤层.工况等进行优化分析,以期研究成果更好地服务于现场工程实践.2计算模型及模拟方案分类收稿日期:20050627修回日期:2006032021综放顺序优化模拟方案基金项目:高等学校博
6、士学科专项科研基金(No.20040008025)2D[5]采用PFC计算程序,对大倾角厚煤层沿作者简介:王树仁(1968),男,副研究员,博士煤层倾向不同综放顺序进行优化分析,构建如图Vol.28No.9王树仁等:大倾角厚煤层综放开采颗粒元分析8091所示的计算模型.图1中标识的A,B与C分别体顶煤落放过程、落放形态及落放规律的数值模表示为三个放煤口,放煤口长度均为15m,编号拟分析,采放比147(采28m,放132m);然1~5分别表示各个位置的放煤支架.后,对连续推进放煤支架过程中,06,12与18m三种放煤步距下,散体顶煤动态跨落放出的煤损形态与顶煤回收率进行模
7、拟分析,优化得出合理的放煤步距.三种放煤步距的模拟方案如下.方案1:采一放一(放煤步距06m);方案2:采二放一(放煤步距12m);方案3:采三放一(放煤步距18m).根据现场取样和岩石力学实验结果,并考虑到岩石的尺度效应,模拟计算采用的岩体力学参图1不同综放顺序计算模型数见表1.Fig.1Computationalmodelofdifferentcavingsequences表1岩体力学参数表6
