水平分段综放开采顶煤放出体理论计算模型

水平分段综放开采是急倾斜特厚煤层的主要开采方法之一。水平分段综放开采工作面相对较短,导致顶、底板边壁对放煤规律的影响较大。基于BBR理论,采用Bergmark-Roos (B-R)模型分析了存在倾斜边壁影响时的顶煤运移规律及放出体形态变化机理;建立了水平分段综放开采受顶、底板侧边壁影响的放出体理论计算模型,推导了包含轴倾角参数的放出体边界方程;通过颗粒流离散元数值分析得出了轴倾角参数与边界条件的定量关系,采用物理相似实验数据对理论模型进行了验证,提出了不同煤层倾角范围内的合理分段高度及放煤方式优化建议。研究结果表明:倾斜边壁的存在使得散体顶煤受到更大的横向应力,从而改变了顶煤颗粒运移加速度的方向;近边壁处放煤口两侧散体顶煤递补潜力的差异,导致其运移加速度的大小不同;顶煤加速度大小和方向的改变导致放出体轴线方向偏离重力方向。受倾斜边壁影响,放出体形态在轴线两侧呈现非对称性,与近底板侧相比,近顶板侧放出体受边界影响的程度更大;放出体轴倾角β随着煤层倾角的增大呈线性增大关系。随着不放煤段长度的增大,近顶、底板侧放出体的轴倾角均逐渐趋近于90°。物理模拟试验结果验证了理论模型的准确性;采用“底板单轮、中部多轮”、端头逆序放煤方式可有效利用放出体形态特征,减少近顶、底板侧残煤损失。

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Berg-mark-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PFC3D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θG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。

无底柱分段崩落法放出体、松动体、崩落体三者关系模型

本文分析了无底柱分段崩落法放出体、松动体、崩落体之间的相互制约关系,从体积参数角度建立放出体、松动体和崩落体之间的一般循环函数关系,并对函数的具体解法加以详细阐述分析。

崩落法开采中进路宽度对放出体形态的影响研究

崩落采矿法开采在实际生产中矿石贫化损失较难控制,而贫损指标的优劣又取决于放出体的形态,因此研究放出体形态对控制贫化与损失具有重要的意义。放出体形态受到多个因素的影响,进路宽度是其中一个重要参数,因此主要是通过室内物理模拟方法,对采用不同的进路宽度出矿放出体形态的差异进行研究,进而为指导生产提供理论依据。

无底柱分段崩落法工业放出体的RFID技术测定方法

在无底柱分段崩落法工业现场条件下测定的放出体形态,比传统实验室试验和数值模拟测定的放出体形态更加符合现场实际,但该测定方法的难点在于低劳动强度、高回收效率的标志物及其监测系统的开发。为解决该难题,首先基于RFID无线射频识别技术,开发制备了抗爆破冲击和可高效识别的标志物。针对该标志物采用的EM9202芯片,研发并建立了标志物监测系统,该系统可准确识别标志物出现的时间及编号。最后在梅山铁矿-306 m水平4-5LS1进路第10排进行试验应用。结果表明:标志物回收效果理想,尤其对于流动性较好的3个中间测试孔,标志物的回收率达到了87%;同时监测系统运行状态良好,测试数据准确。

基于神经网络的放出体形态研究

采用崩落法采矿时 ,放出体受多种具有非线性关系因素影响而呈现各种不同的形态 ,很难用与实际相一致的数学模型加以描述。利用神经网络求解非线性问题的优点 ,建立了函数联结神经网络模型。通过对实验观测数据进行学习和训练 ,可以实现对放出体形态的预测 ,其结果和实际观测值基本一致。结果表明该方法预测精度高 ,实用可行。

底部放矿的放出漏斗与放出体方程

底部放矿的崩落法在国内外金属矿山地下采矿中应用广泛,研究底部放矿理论可为设计改进采场结构、出矿工艺和出矿作业提供理论支持。本文系统地考虑二次松散的影响,推导出了放出漏斗和放出体方程,并分析了方程中各参数对放出体形态的影响,该方程与试验数据拟合程度高,具有很高的实用价值。

放顶煤工作面放出体参数初探

本文根据放顶煤工作面实际观测,把已破碎待放出的顶煤块体抽象为理想松散介质,在模型上研究了顶煤破断面对顶煤放出体形态及顶煤放出量的影响。

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。

某铁矿矿岩中含水量对放出体形态影响的试验研究

合理的采场结构参数和放矿管理可以取得较好的矿石贫损指标,矿岩放出体形态对采场结构参数优化调整及放矿管理尤为重要。为研究某铁矿矿岩中含水量与放出体形态的关系,在不同含水量条件下(含水量ω分别为0、4%和6%),对取自该铁矿井下采场的矿岩材料进行了单体放矿物理相似模拟试验。结果表明:①沿进路方向,矿岩中含水量对放出体形态的影响较小,但随着含水量的增加,顶部矿石在放出矿石量中占比越来越大;②在垂直进路方向,当矿岩中不含水时,放出体形态接近椭圆,矿石放出效果好;ω=4%时,放出体下部偏"瘦",表明侧面矿石放出困难;ω=6%时,放矿过程中多次出现矿石成拱堵塞现象,导致放出体形态异常;③降低矿岩散体中的含水量有利于无底柱分段崩落法爆堆中矿岩散体连续、顺利放出。

基于RFID技术的工业放出体形态测定方法

随着梅山铁矿采场结构参数的加大,为了控制矿石损失贫化,需研究测定现场工业放出体形态。为了准确测定放出体形态,提出了在崩矿炮孔中间放置RFID无线射频标志物的方法。通过对不同型号的无线射频芯片进行测试与试验,最终确定EM9202电子标签作为标志物内置芯片,并进行了抗爆破冲击标志物的制备及标志物监测系统的开发。在-306m水平4-5LS1进路进行了现场放出体测定试验,试验结果表明,采用RFID技术的工业放出体形态测定方法可行、可靠,标志物的回收达到了理想的效果,为下一步放出体形态的测定与分析提供了充足的数据。

散体矿岩重力流放出体形态变化规律实验

为降低阶段崩落法放矿过程中的损失率和贫化率,应用物理相似模拟实验法对其放矿规律进行了研究。基于放矿理论和相似理论优化了实验方案,设计了实验工艺流程和实验装置。进行了单体放矿和平面放矿模拟实验,对不同出矿口间距条件下的定点放矿过程中散体矿岩重力流放出体形态、矿岩运动规律、矿石贫化和损失产生原因进行了研究。结果表明:在所研究矿体的赋存条件、放矿高度和覆岩厚度一定的条件下,随着出矿口间距的缩小,极限高度、贫化开始高度和漏斗间矿损脊峰高度均呈现逐渐降低的趋势,放出椭球体的偏心率呈现逐渐增高的趋势,出矿口间距为12~13 m时放出体形态的匹配关系最为合理。

铲入深度对无底柱分段崩落法放出体形态的影响

崩落体、放出体和崩矿步距之间的相互制约关系影响着无底柱分段崩落法放矿过程中的损失贫化。以大结构参数单进路放矿试验为基础,进行了3.6 m崩矿步距条件下5种不同铲入深度的物理模拟放矿试验。通过放出标志颗粒的位置信息获取内部滑移面的位置,研究了铲入深度对放出体发育形态的影响,并分析了铲入深度与放出体之间的关系以及放出体与崩矿步距的匹配关系。结果表明:①3.6 m崩矿步距、5种不同铲入深度条件下,沿进路方向放出体发育的轮廓都大于崩落体的轮廓;②铲入深度对放出体形态的发育有一定影响,放出体发育高度随铲入深度增大呈先增加后减小的趋势,放出体沿进路方向的发育宽度呈增加趋势,从纯矿石回收量、矿石回收率方面分析,铲入深度为5.32 m较好,相应的回收率为57.74%。

崩落矿石堆体与放出体吻合程度试验研究

崩落矿石堆体与放出椭球体吻合程度好时,矿石回收效果提高。通过实验室试验,拟寻求大间距结构与传统结构参数下矿石堆体与放出椭球体间的形态吻合程度情况,从而为无底柱分段崩落法的参数制定提供理论依据。试验证明大间距结构崩落矿石堆体与放出椭球体吻合程度优于传统结构。

大结构参数下无底柱分段崩落法放矿指标与放出体形态研究

大结构参数是无底柱分段崩落法的发展趋势,为了解大结构参数下放矿指标与放出体形态变化,文章采用单进路物理放矿模型,研究分段高度20m、进路间距20m、崩矿步距2m的采场结构参数下回采率和贫化率以及放出体形态的变化特征。结果表明,大结构参数采场减缓了废石的侵入,增加了放出矿岩量,在放矿过程中随着出矿量增加,贫化率增加且增长速率越来越大,回收率增加而增长速率越来越小,放出体长轴变化速度呈由大到小趋势,短轴缓慢增加,其变化影响放矿口上方及两侧矿岩流动。

梅山铁矿工业放出体试验研究

介绍梅山铁矿为获得定量的、合理的结构参数指导南部采区的回采工作进行的采场工业放出体试验。试验结果表明,该矿目前所用结构参数基本合理。

梅山铁矿工业放出体试验

采用在试验矿体中设置标志颗粒 ,进行工业放出体试验 ,对梅山铁矿无底柱分段崩落法的采矿结构参数进行研究。试验中在两分段中均设置了标志颗粒 ,使整个放出体均处于标志颗粒的控制之下。试验揭示的工业放出体与实验室所得结果相似。根据工业放出体体形分析 ,证明梅山矿目前所用 1 5m× 1 5m结构参数基本合理 ,但进路间距及步距均有进一步扩大的可能。

不同端壁倾角条件下放出体形态研究及最优崩矿步距的确定

为分析端部放矿中放出体形态,获得大结构参数下最优的崩矿步距,基于颗粒元理论和PFC3D程序,构建具有矿石散体细观力学性质的放矿模型.通过已有研究结论与模拟结果的对比分析,验证了基于PFC程序的放矿模型的可靠性.在此基础上,开展18 m×20 m结构参数下不同端壁倾角崩矿步距研究.研究结果表明,不同倾角端壁条件下放出体形态不完整,并不是一个规则的椭球体.当放矿量相同时,放出体高度随端壁倾角的减小而增大,放出体整体形态也随之越来越＂瘦长＂.在无限边界和不同倾角端壁条件下,放出体高度的变化趋势均可概括为两个阶段：在放矿初始阶段,放出体高度呈指数形式快速增加,随放矿量的增加,其增长率逐渐减小;随后,放出体高度将随放矿量的增加而呈线性增长的趋势.建议在18 m×20m结构参数下采用85°-90°的端壁倾角,4.8 m的崩矿步距.

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。