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1、第28卷第9期北京科技大學(xué)學(xué)報(bào)Vol.28No.92006年9月JournalofUniversityofScienceandTechnologyBeijingSep.2006大傾角厚煤層綜放開采顆粒元分析1,2)2)3)2)2)王樹仁王金安劉淑宏吳順川謝俊文1)燕山大學(xué)建筑工程與力學(xué)學(xué)院,秦皇島0660042)北京科技大學(xué)土木與環(huán)境工程學(xué)院,北京1000833)東北大學(xué)秦皇島分校,秦皇島0660042D摘要應(yīng)用PFC計(jì)算程序,對(duì)某礦水平與傾斜聯(lián)合布置的折線型綜采面,分析了散體頂煤和破碎直接頂?shù)穆浞胚^(guò)程及落放形態(tài),揭示了不同放煤步距連續(xù)推進(jìn)模式下的煤損動(dòng)態(tài)特征,并對(duì)不同放煤順序
2、的頂煤回收率及支架受力工況進(jìn)行了優(yōu)化分析.研究表明:折線型綜采面采用自上而下的回采順序,頂煤回收率高,支架受力均勻;低位單口放煤時(shí),放出體形態(tài)向采空區(qū)側(cè)偏轉(zhuǎn);在支架連續(xù)推進(jìn)過(guò)程中,煤損形態(tài)節(jié)律性變化;大傾角厚煤層綜放開采,采用中檔放煤步距的經(jīng)濟(jì)技術(shù)效果較好.關(guān)鍵詞大傾角厚煤層;綜采放頂煤;散體介質(zhì);運(yùn)移特征;數(shù)值模擬分類號(hào)TD82321目前,對(duì)綜放開采過(guò)程中頂煤及覆巖的運(yùn)動(dòng)1工程背景規(guī)律、散體頂煤及破碎直接頂?shù)穆浞胚^(guò)程及落放[1]規(guī)律的研究,主要采用現(xiàn)場(chǎng)實(shí)測(cè)、室內(nèi)實(shí)驗(yàn)和甘肅靖遠(yuǎn)某礦四煤層為礦井的主采煤層,沉理論分析三種方法.由于受到客觀條件的限制及積層位較穩(wěn)定,煤層傾角為29~4
3、7,煤層厚度各種復(fù)雜因素的影響,現(xiàn)場(chǎng)實(shí)測(cè)不易獲取系統(tǒng)的860~2440m,平均厚度1643m.煤巖結(jié)構(gòu)為內(nèi)在規(guī)律,而且局部的測(cè)定結(jié)果也很難無(wú)爭(zhēng)議地單一條帶狀和層狀結(jié)構(gòu).四煤層的偽頂為黑色、推廣到大范圍的工程中去.對(duì)巖土類材料相似模深灰色泥巖和炭質(zhì)泥巖,質(zhì)軟,易冒落,厚度為型的相似率不易得到很好的滿足,一直是相似材030~120m;直接頂為深灰色粉砂巖和細(xì)砂巖,料模擬實(shí)驗(yàn)難以得到更好應(yīng)用的最大障礙.現(xiàn)有厚度為787~4750m;老頂為深灰色、灰色細(xì)砂的解析方法,由于基本假設(shè)太多,往往與工程實(shí)際巖和粗砂巖,厚度為637~5263m.四煤層的底脫節(jié),或者難于取得可靠有效的計(jì)算參
4、數(shù),使得到板為灰色、灰黑色粉砂巖,堅(jiān)硬穩(wěn)固性好,厚度為的結(jié)果與工程實(shí)際相差很大.室內(nèi)數(shù)值模擬實(shí)驗(yàn)270~1337m.井田內(nèi)四煤層為低硫、低磷、低可人為地控制和改變實(shí)驗(yàn)條件,能考慮單因素或灰分、發(fā)熱量較高的優(yōu)質(zhì)動(dòng)力用煤.多因素對(duì)問(wèn)題的影響,實(shí)驗(yàn)周期短、成本低、可視該礦四煤層綜放面走向長(zhǎng)度為600m,傾斜長(zhǎng)度112m,采高240~280m,初選支架類型為化效果好,實(shí)驗(yàn)可多次重復(fù)進(jìn)行且能保存實(shí)驗(yàn)結(jié)果,已成為當(dāng)前廣泛應(yīng)用的研究方法[23].四柱、低位支架,寬度150m,高度170~300m,平均放高為1363m,整個(gè)煤層埋深為260~本文采用現(xiàn)場(chǎng)實(shí)測(cè)初參數(shù)、室內(nèi)模擬實(shí)驗(yàn)與320m.現(xiàn)
5、場(chǎng)生產(chǎn)實(shí)踐相結(jié)合的研究方法,對(duì)某礦大傾角綜采面下部水平布置,上部沿煤層傾向布置.厚煤層綜放開采過(guò)程中,散體頂煤和破碎頂板的因此,該綜放面兼有水平開采和傾斜開采的特點(diǎn),落放過(guò)程、落放規(guī)律以及在不同放煤步距連續(xù)推綜放采場(chǎng)的煤巖應(yīng)力、變形與破壞規(guī)律將具有新進(jìn)模式下的煤損特征等進(jìn)行模擬分析,并對(duì)折線[4]的特色.試采煤層傾角約為30,試采成功后將型綜放面不同放煤順序的頂煤回收率及支架受力開采該礦傾角為42的煤層.工況等進(jìn)行優(yōu)化分析,以期研究成果更好地服務(wù)于現(xiàn)場(chǎng)工程實(shí)踐.2計(jì)算模型及模擬方案分類收稿日期:20050627修回日期:2006032021綜放順序優(yōu)化模擬方案基金項(xiàng)目:高等學(xué)校博
6、士學(xué)科專項(xiàng)科研基金(No.20040008025)2D[5]采用PFC計(jì)算程序,對(duì)大傾角厚煤層沿作者簡(jiǎn)介:王樹仁(1968),男,副研究員,博士煤層傾向不同綜放順序進(jìn)行優(yōu)化分析,構(gòu)建如圖Vol.28No.9王樹仁等:大傾角厚煤層綜放開采顆粒元分析8091所示的計(jì)算模型.圖1中標(biāo)識(shí)的A,B與C分別體頂煤落放過(guò)程、落放形態(tài)及落放規(guī)律的數(shù)值模表示為三個(gè)放煤口,放煤口長(zhǎng)度均為15m,編號(hào)擬分析,采放比147(采28m,放132m);然1~5分別表示各個(gè)位置的放煤支架.后,對(duì)連續(xù)推進(jìn)放煤支架過(guò)程中,06,12與18m三種放煤步距下,散體頂煤動(dòng)態(tài)跨落放出的煤損形態(tài)與頂煤回收率進(jìn)行模
7、擬分析,優(yōu)化得出合理的放煤步距.三種放煤步距的模擬方案如下.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).根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)取樣和巖石力學(xué)實(shí)驗(yàn)結(jié)果,并考慮到巖石的尺度效應(yīng),模擬計(jì)算采用的巖體力學(xué)參圖1不同綜放順序計(jì)算模型數(shù)見表1.Fig.1Computationalmodelofdifferentcavingsequences表1巖體力學(xué)參數(shù)表6
