特厚煤层综放开采顶煤体“三带”放煤理论与应用

采用实验室实验、数值模拟、相似模拟和理论分析相结合的研究方法,对特厚煤层综放开采顶煤体破坏的演化过程进行了深入研究。结果表明:特厚煤层综放开采过程中,超前支承压力对中、下位顶煤体内裂隙的扩展和顶煤体的破坏起着关键性作用;控顶区内支架的反复支撑进一步加剧了下位顶煤体的破坏;控顶区后的冒落阶段,充分破碎的下位顶煤体能够随采随冒,中位顶煤体随着下位顶煤体的放出而成块状冒落,而上位顶煤体呈周期性滞后垮落。基于特厚顶煤体上、中、下位明显的不同破坏、冒落特征,提出了特厚煤层综放开采顶煤体"三带"结构模型,即自下而上分别为"散体带"、"块体带"、"裂隙梁带"。通过分析各带的破坏动力机制及其冒落特征,提出了分带厚度的确定方法。通过对同煤塔山煤矿特厚煤层综放开采顶煤体垮落形态实测,进一步验证并完善了"三带"结构模型。即:特厚煤层综放开采顶煤体一般存在"三带"结构,但在特定条件下可能只呈现"一带"或"两带",其形成过程主要与顶煤体厚度、煤体强度、煤体裂隙发育程度、地应力等因素有关。

综放开采顶煤体的连续损伤破坏分析

顶煤变形破坏规律是综合机械化放顶煤开采基础理论的核心 .从顶煤体单元受力角度 ,在考虑围压衰减变化的情况下 ,对综放开采顶煤体的损伤破坏进行了理论分析 ,首次推导出综放开采过程中顶煤体受力单元的连续损伤破坏力学模型 .分析结果用鹤壁煤岩的实验资料进行了对比验证 ,结果表明所建模型是可靠的 .

用注水软化提高含较厚夹矸顶煤体冒放性的实践

介绍了东滩煤矿 14 30 8综放工作面利用注水软化提高含较厚夹矸顶煤体冒放性的方法与效果 。

支承压力作用下综放开采顶煤体尺寸效应试验研究

为了研究巨厚煤层(20 m以上)综放开采时,特厚顶煤体在超前支承压力作用下的力学特性与破坏特征,在MTS815岩石力学试验机上通过升高轴压同时降低围压的方式模拟顶煤体所受真实应力水平的变化,开展了不同高径比煤样尺寸效应研究。研究结果表明:不同高径比煤样在三轴压缩试验中都存在孔隙压密—线弹性—塑性—破坏四个阶段,随着试件高径比的增大各阶段的表现特征为:孔隙压密阶段试件的变形量增大,线弹性阶段试件的弹性模量减小,塑性阶段试件的轴向应变增大,破坏阶段试件的峰后应力跌落变慢且残余承载强度逐渐增大。试件的最终破坏形态随高径比的增加从以压裂破坏为主逐渐过渡到以剪切破坏为主,且剪切破裂面下部裂隙发育充分,剪切破裂面上部裂隙不发育。由此认为巨厚煤层综放开采时中、下位顶煤体冒放性较好,上位顶煤体破碎不充分,难以冒放。

综放开采冒落顶煤体堆积状态与放出率定量化研究

影响顶煤体冒落后堆积状态与放出率的主要因素有顶煤体厚度、采煤机割煤高度、顶煤体破断角、顶煤体滞后垮落距离、直接顶垮落与堆积特性。通过对比分析得出,顶煤、直接顶不同组合条件下,顶煤体冒落堆积状态的差异性是造成厚硬顶煤放出率低的根本原因。基于中硬、硬煤的顶煤破断角<90°条件下顶煤体的冒落特性,将其运动轨迹简化为圆周运动和自由落体运动,建立顶煤体冒落堆积计算模型,得出冒落顶煤在支架后方形成“四边形堆积”或“三角形堆积”状态。通过理论推导得出两种堆积状态的具体参数公式,并提出顶煤放出率的量化计算公式。研究表明:顶煤体冒落堆积轮廓由影响顶煤体冒落堆积的5个因素决定,顶煤放出率由其冒落堆积轮廓决定。由此可得,影响顶煤冒落堆积的5个因素与顶煤放出率定量关系为顶煤放出率与顶煤体破断角呈对数增大规律、与顶煤体滞后垮落距离呈指数减小规律、与顶煤厚度呈指数减小规律、与采煤机割煤高度呈指数增大规律、与矸石的充填角度呈指数增大规律、与自然安息角呈指数减小规律。这些研究成果不仅可以定量计算出工作面顶煤的放出率,为不同开采条件下厚硬顶煤的放出率研究提供预测模型,也可为厚硬顶煤弱化方案选取及效果评价提供理论指导。

综放工作面顶煤承载能力和支架工作阻力的探讨

支架工作阻力计算是综放开采研究的主要问题之一。在对顶煤力学性质进行了实验室试验的基础上,总结出顶煤破坏时的强度满足主应力表示的莫尔-库仑强度准则。根据综放工作面顶煤体的受力特点,运用损伤力学应变等效原理,建立了综放工作面控顶距内顶煤体受力力学模型。从顶煤体承载能力的角度,研究综放面支架-顶煤体之间相互作用关系,推出了支架工作阻力的理论计算公式。该模型较好地解释了综放工作面支架工作阻力随顶煤强度的提高而增加的矿山压力显现。研究结论对综放面支架工作阻力计算具有一定的理论指导意义。