大倾角厚煤层综放开采颗粒元分析.pdf

第28卷第9期北京科技大学学报Vol.28No.9
2006年9月JournalofUniversityofScienceandTechnologyBeijingSep.2006

大倾角厚煤层综放开采颗粒元分析

王树仁1,2)王金安2)刘淑宏3)吴顺川2)谢俊文2)

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,北京100083
3)东北大学秦皇岛分校,秦皇岛066004

摘要应用PFC2D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
规律的研究[1],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29~47,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
化效果好,实验可多次重复进行且能保存实验结长度112m,采高240~280m,初选支架类型为
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170~300
本文采用现场实测初参数、室内模拟实验与m,平均放高为1363m,整个煤层埋深为260~
现场生产实践相结合的研究方法,对某矿大倾角320m.
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,.
落放过程、落放规律以及在不同放煤步距连续推因此,该综放面兼有水平开采和倾斜开采的特点,
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
的特色[4]试采煤层倾角约为试采成功后将
型综放面不同放煤顺序的顶煤回收率及支架受力.30,
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:高等学校博士学科专项科研基金(No.20040008025)采用PFC2D计算程序[5],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809

1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18
m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