厚夹矸顶煤放出率计算方法研究

针对含厚夹矸放顶煤开采的顶煤放出率难以计算的现状,本文以淮北朱仙庄煤矿Ⅱ863工作面为研究背景,采用散体介质流相似模拟试验以及顶煤放出率现场测定试验,研究了不同层位的顶煤回收率,并分析其运动规律,研究结果表明:相似模拟试验中顶煤平均放出率78%,现场试验顶煤平均放出率77.8%;不同层位顶煤放出率呈现“两头低中间高”的规律;该研究不仅实现了含厚夹矸顶煤放出率的计算,还为结构复杂的厚夹矸顶煤开采提供了科学依据。

综放采场周期来压阶段顶板结构稳定性与顶煤放出率的关系

综放采场周期来压阶段,顶煤从垮落到放完是一个动态过程,采空区的充填程度影响着大厚度坚硬顶板的稳定性,因此,建立与顶煤放出率相关的顶板结构的稳定性判断准则是一个重要的理论课题。根据结构稳定理论和强度理论,分析了保持顶板结构整体变形稳定和岩块局部铰接稳定的顶板容许下沉量,通过与顶板回转下沉运动几何状态所决定的顶板下沉量的对比,得到了顶板结构整体变形稳定和岩块局部铰接稳定相统一的力学条件,从而建立与顶煤放出率相关的综放采场顶板动态稳定性判断准则;结合采场实例,给出了与顶煤放出率相关的综放采场顶板稳定性判断曲线和方法,为现场针对不同顶板设计合理的顶煤放出率、实现顶板的安全控制提供理论依据。

块度对顶煤放出率的影响分析

放顶煤开采煤炭回收率的高低是关系到能否推广这种采煤方法的关键技术。从上覆岩层运动的角度出发,阐述了顶煤的变形规律,进而运用散体相似模拟试验研究了不同顶煤和直接顶块度对顶煤放出率的影响。研究结果表明,当直接顶块度、高度一定时,顶煤的块度越小,顶煤放出率越高,而当顶煤块度和直接顶高度一定时,直接顶的块度越大,顶煤放出率越高。根据研究结果,可以有针对性地提出提高顶煤放出率的技术措施。

综放采场初压阶段顶板稳定性与顶煤放出率关系探讨

初次来压是综放采场矿压控制的重点之一,而顶煤从垮落到放完是一个动态过程,因此建立与顶煤放出率相关的顶板结构的稳定性判断准则是一个重要的理论课题。本文建立了综放采场顶板结构整体变形失稳和局部铰接失稳的力学模型;根据结构稳定理论和强度理论,得到了保持顶板结构整体变形稳定的顶板容许下沉量和保持岩块局部铰接稳定的顶板容许下沉量,通过与顶板回转下沉运动几何状态所决定的顶板下沉量的对比,分析了顶板结构整体变形稳定和岩块局部铰接稳定相统一的力学条件,从而建立与顶煤放出率相关的综放采场顶板稳定性判断准则;结合具体采场实例,给出了与顶煤放出率相关的综放采场顶板稳定性判断曲线和方法,为现场针对不同顶板设计合理的顶煤放出率,从而实现顶板的安全控制提供理论依据。

综放开采放煤循环方式的合理确定及顶煤放出率分析

根据平朔安家岭2号井工矿B905试验工作面的具体条件,通过对目前常用三种放煤方式的放煤时间和回采率进行实测比较,决定采用双轮顺序放煤。同时为了提高生产效率,根据后部输送机运输能力,计算得出了工作面同时放煤口数,确定了平均分三组单口放煤的放煤循环方式,并对工作面顶煤放出率进行了实测分析。结果表明,该放煤循环方式取得了良好的生产效率,工作面回采率达到84.22%,比试验前单轮顺序放煤提高了7.22%,工作面最高月产达到118万t。

顶板结构稳定性与顶煤放出率关系探讨

综放采场顶煤放出率控制着采空区的充填状况,从而影响着大厚度坚硬顶板的稳定性。本文建立了周期来压阶段综放采场顶板结构整体变形失稳和局部铰接失稳的力学模型;根据结构稳定理论和强度理论,得到了保持顶板结构整体变形稳定和岩块局部铰接稳定的力学和几何条件,从而建立与顶煤放出率相关的综放采场顶板稳定性判断准则;结合具体采场实例,给出了与顶煤放出率相关的综放采场顶板稳定性判断曲线和方法,为现场针对不同顶板设计合理的顶煤放出率,从而实现顶板的安全控制提供理论依据。

急倾斜厚煤层顶煤放出率影响因素分析

王家山煤矿急倾斜煤层综放开采,顶煤回收率达到80%以上,通过对放煤工艺、放煤步距、放煤顺序等对放顶煤工作面顶煤放出率的影响因素的现场实测数据分析,确定该矿急倾斜煤层走向长壁综采放顶煤开采合理的放煤步距为1.2 m、放煤方式为分段、间隔顺序加折返式,此种方法顶煤回收率高,煤质好,支架稳定,为近似地质条件下的急倾斜厚煤层长壁开采起到了较好的借鉴作用。

特厚煤层大采高综放开采顶煤放出率研究

为了研究大采高综放开采顶煤放出率的规律,在某矿8105工作面设立了测站,采用研制的顶煤运移跟踪仪器对顶煤不同层位进行了深基点实测。观测结果表明:上分层顶煤的放出率低于下分层,低于中分层;顶煤冒落顺序与支架放煤顺序基本一致,一般为下、中、上部,但中部煤层存在反转进入煤流系统的现象;顶煤的平均放出率仅为58.3%,低于行业标准。因此,需要采取技术手段进行顶煤弱化及改进放煤工艺来提高顶煤放出率,同时保证较少的混矸率。

综放工作面顶煤放出率影响因素正交试验研究

为了研究综放工作面工艺参数对顶煤放出率的影响,采用正交试验设计方案并进行数值模拟计算,由极差分析法和方差分析法确定制约顶煤放出率的五个影响因素的显著性大小及最值范围。结果表明:各参数对顶煤破碎程度的影响程度由大到小依次为割煤高度、支架作用点距离、放煤步距、控顶距、支架工作阻力。各工艺参数的最佳组合取值为:割煤高度2.8m;支架合力作用点到煤壁的距离选取2.6~3.7m,取最佳距离3.7m;放煤步距1.2m;控顶距保持在4.6~5.2m之内;支架工作阻力取5000k N/架。

综放工作面放煤方式对顶煤放出率的影响规律研究

综放工作面顶煤的冒放性直接关系到煤层的回采率,顶煤的放出率影响因素较多,本文以唐家会煤矿6煤层综放工作面为研究对象,利用PFC软件分析单轮顺序放煤、单轮间隔顺序放煤及单轮间隔多口放煤等几种放煤方式对顶煤放出率的影响,结果表明:单轮间隔多口放煤时煤体下落过程中相互作用、相互碰撞,有利于增加顶煤放出率,且该放煤方式能够部署两个甚至更多的放煤口同时放煤,降低工作面完成一次放煤所需要的时间,是一种合理的放煤方式。

华润矿综放工作面顶煤放出率提升措施的探究

为促进华润矿煤炭开采效率的进一步提升,对华润矿综放面顶煤放出率提升措施展开探究,从预先爆破、支架优化、放煤工艺优化、加强工作面初末采及上下端头顶煤回收四个方面作出理论分析。

基于椭球体理论的放煤步距与放出率关系研究

为提高平朔井工一矿放顶煤的放出率,在椭球体放煤理论的基础上,推导了可放椭球体、实放椭球体方程以及松动椭球体之间的相互关系;根据该关系计算了4106工作面在不同顶煤厚度和放煤步距时的顶煤放出率,计算结果表明:当顶煤厚小于4 m时,其最佳放煤步距为0.8 m,当顶煤厚为4~7 m时,其最佳放煤步距为1.6 m,当顶煤厚大于7 m时,其最佳放煤步距应为2.4 m;从而提出了不同顶煤厚度应采用的最佳放煤步距,提高了井工一矿综放工作面顶煤放出率。

仰斜综放开采煤层仰角对顶煤放出规律的影响研究

为了深入研究仰斜综放条件下煤层仰斜角对顶煤运移的动态变化规律及顶煤损失、冒矸混入的影响机制,以平朔集团井工三号矿34201工作面为研究背景,结合现场的地质及生产技术条件,用数值模拟软件PFC2D建立了仰斜角分别为0°、13°、23°、33°的数值模型,分析研究了不同条件下的顶煤位移场、接触应力场、煤矸分界面、顶煤位移始动点,并利用fish语言编程记录颗粒编号并反演出顶煤放出体形态,得出顶煤损失空间占位的分布规律,最后结合现场模拟了不同放煤步距下的顶煤流动规律及采出情况。研究结果表明:仰斜角加大了顶煤向采空区一侧的运移,使得煤矸分界面凸向采空区,顶煤放出体超前发育至支架顶梁上方,顶煤位移始动点前移,且随仰角增加位移范围增大;放煤口附近应力链稀疏区呈半圆拱状,随仰角在一定范围内增大,呈扩展趋势,放煤口附近煤体冒放性增强,有利于顶煤采出;仰角过大时顶煤放出困难,顶煤损失加大,损失范围主要位于煤层中上部;相对于其他角度,仰斜角为13°时的顶煤的采出率最高,为83.6%,这与上述结论吻合;统计模拟数据表明当前地质条件下采用两采一放时的顶煤采出率最佳,并在现场应用得到了验证。研究结果为现场仰斜综放开采合理参数确定及提高顶煤采出率提供了依据。

工作面倾角对含硬煤夹层顶煤放煤方式的影响

为了研究工作面倾角对顶煤放煤方式的影响规律,采用PFC2D数值模拟软件,模拟了不同倾角综放面依次采用不同的放煤方式开采散体顶煤的冒放规律,统计出了不同放煤方式时工作面倾角与顶煤放出率的关系,得出了综放工作面倾角为15～30°时优选双轮顺序放煤。应用散体介质力学原理,分析了工作面倾角不同时影响煤矸流动规律的主要因素为自然安息角和煤岩成拱;探讨了工作倾角与上、下部煤矸分界线的关系,且煤岩成拱概率随工作面倾角增大而增大;此外,指出了工作面倾角不同时自然安息角和煤岩成拱对煤矸流动规律的作用程度不同。

特厚煤层分组间隔放煤顶煤运移规律研究

综采放顶煤采煤法已成为我国特厚煤层主流的高产高效开采方法,但当前仍面临煤炭采出率低、含矸率较高的问题。塔山矿8222工作面顶煤平均厚度12 m,采用放顶煤开采,生产过程中尝试采用“大中小微”分组间隔放煤方式。为研究该放煤方式的原理及提高其放煤效率,并为开发智能放煤控制程序提供依据,采用CDEM颗粒离散元软件模拟分析了塔山矿开采条件下间隔放煤分组方法、顶煤运移规律、煤岩分界面特征以及顶煤放出率等,在此基础上揭示了组内支架数量对顶煤放出体形态的影响机制。数值模拟结果表明,顶煤厚度为12 m及见矸关门条件下,组内支架数量为9架是最优的分组间隔放煤方式;工业性试验表明,组内支架为9架的分组间隔“大中小微”放煤方式条件下的顶煤放出率为80.53%,含矸率4.00%,煤炭采出率高达85.31%。此外,组内支架数量对放煤漏斗形态影响较大;组内支架较少时,第1级放煤过程中相邻放煤口之间影响较大,中间形成畸形顶煤形态的可能性较大,在下一级放煤时容易出现混矸,导致架间残留煤量增加。分组间隔放煤的最佳支架间隔数量与煤厚密切相关;对于特厚煤层,合理增加间隔数可有效减少架间顶煤的遗留量,提高顶煤放出率。研究结果可为特厚煤层综放开采放煤工艺和参数合理确定提供参考。

放顶煤采场的顶板结构形式与支架围岩关系探讨

放顶煤开采是一种产量高、成本低、安全上有保证的厚煤层开采方法。我国经过十多年的理论研究和开采实践,积累了大量的经验,但迄今还没有形成完善可靠的理论和技术体系,这也是某些矿区放顶煤开采不力的重要原因。完善可靠的理论和技术体系大致应包括以下五个方面的内容: (1)建立正确的顶板结构力学模型,为支护设计、支架选型和支护质量监控打下基础; (2)

适应煤层倾角的不同放煤方式研究

我国存在大量的大倾角煤层,这些煤层的倾斜较大,受到的重力及矿压作用不同,因此,采用不同的放煤方式开采倾斜煤层会产生不同效果。为了研究不同倾斜度煤层的开采效果,采用PFC 2D仿真分析的形式对不同倾角煤层3种放煤方式的放煤过程进行模拟分析,并统计分析顶煤的放出率。结果表明,当煤层倾角小于35°时,单轮顺序放煤的效果最佳,当煤层倾角大于35°时,双轮顺序放煤的效果最佳。

双斜大倾角综放工作面顶煤冒放性研究

为了研究不同倾向角度对顶煤放出体形态的影响,以及不同走向角度和不同放煤方式对大倾角综放工作面顶煤放出率的影响,基于庞庞塔煤矿10^#煤层综放工作面工程地质条件进行了放煤过程的数值模拟。研究发现:随着倾向角度增大,顶煤的流动速度加快,放出量增大,且顶煤在向倾向角度上端发展,煤岩分界面在放煤口的两侧由对称逐渐趋于非对称;随着走向角度增大,顶煤放出率不断降低,且俯采放出率高于仰采;在放煤步距为0.8、1.6、2.4 m时,顶煤放出率在走向倾角为0°时达到最大值;在走向角度一定时,放煤步距为1.6 m时放出率最高;在采放比为1∶2、1∶2.5、1∶3下,采放比越大,顶煤放出率增大;采用多轮顺序放煤具有明显优势,工作面煤炭放出率达到86.33%。

浅埋坚硬顶煤合理放煤工艺分析

为了提高浅埋坚硬特厚煤层综放开采顶煤放出率,以千树塔煤矿11301综放工作面为研究背景,采用数值模拟和现场试验方法对坚硬顶煤块体冒落结构、放煤工艺等进行了研究。结果表明:一刀一放顶煤放出率高于两刀一放,多轮放煤顶煤放出率高出单轮放煤。提出以提高顶煤放出率为落脚点,对放煤工艺进行优化,得到合理的放煤工艺为"一刀一放、多轮顺序"。

浅埋综放开采煤层裂隙与工作面方位匹配的物理模拟与应用

根据路天煤矿二采区1604工作面煤层赋存条件,运用1∶25的大比例物理模拟试验,定量研究了浅埋深煤层裂隙组数及其与工作面方位匹配对顶煤放出率的影响规律。研究结果表明:①顶煤放出率随裂隙组数的增加呈线性规律提高。与无裂隙煤体相比,含有单组、双组和三组裂隙的煤体,顶煤放出率分别提高18%,26%和35%。②单组裂隙时,随着裂隙方位与工作面夹角的增大,顶煤放出率呈线性规律降低。裂隙与工作面平行时,顶煤放出率最高,为70%。③双组裂隙时,随着次裂隙方位与工作面夹角的增大,顶煤放出率呈线性规律降低。主裂隙垂直、次裂隙平行于工作面时,顶煤放出率最高,为79%。④三组裂隙时,随着次次裂隙与工作面夹角的增大,顶煤放出率呈线性规律降低。主裂隙垂直、次裂隙斜交、次次裂隙平行于工作面时,顶煤放出率最高,为86%。将研究结果应用于1604工作面,取得了显著的经济效益,为具有相同条件的煤矿合理设计工作面的推进方向提供了参考依据。