淺埋堅硬特厚煤層綜放開采頂煤冒放結(jié)構(gòu)分析

1、第41卷第2期2016年2月JOURNALOFCHINACOALSOCIETY煤炭學(xué)報Vol.41No.2Feb.20162015.1011解興智,趙鐵林.淺埋堅硬特厚煤層綜放開采頂煤冒放結(jié)構(gòu)分析J.煤炭學(xué)報,2016,41(2):359-366.doi:10.13225/ki.jccs.XieXingzhi,ZhaoTielin.Analysisonthetop-coalcavingstructureofextra-thickhardcoalseamwithshallowdepthinfullymechanizedsublevelcavingminingJ.JournalofChinaCoa

2、lSociety,2016,41(2):359-366.doi:10.13225/ki.jccs.2015.1011淺埋堅硬特厚煤層綜放開采頂煤冒放結(jié)構(gòu)分析解興智1,2,趙鐵林1,2(1.煤炭科學(xué)研究總院開采設(shè)計研究分院,北京100013;2.天地科技股份有限公司開采設(shè)計事業(yè)部,北京100013)摘要:為深入研究淺埋堅硬特厚煤層綜放開采頂煤冒放結(jié)構(gòu)特征,以主采3號煤層的榆陽地區(qū)千樹塔煤礦作為研究背景,采用數(shù)值模擬、理論分析和現(xiàn)場實測等綜合方法對堅硬頂煤冒放結(jié)構(gòu)進行了研究,得出靠近工作面兩端頭位置堅硬頂煤容易形成“懸臂”結(jié)構(gòu)。由懸臂頂煤內(nèi)部應(yīng)力解析和模擬得到頂煤不同的破斷長度對其垮落放出有著重要

3、影響,當(dāng)其破斷長度小于放煤口水平投影寬度時,垮落放出相對較為容易;當(dāng)其破斷長度大于放煤口水平投影寬度時,垮落放出較為困難,并且增加處理大塊煤的時間,該結(jié)論解釋了堅硬頂煤垮落放出困難的宏觀結(jié)構(gòu)因素。關(guān)鍵詞:淺埋;堅硬;特厚煤層;綜放開采;冒放結(jié)構(gòu)中圖分類號:TD823文獻標志碼:A文章編號:0253-9993(2016)02-0359-08Analysisonthetop-coalcavingstructureofextra-thickhardcoalseamwithshallowdepthinfullymechanizedsublevelcavingmining(1.CoalMining&am

4、p;DesignBranch,ChinaCoalResearchInstitute,Beijing100013,China;2.CoalMining&DesigningDepartment,TiandiScience&Technol-ogyCo.,Ltd.,Beijing100013,China)XIEXing-zhi1,2,ZHAOTie-lin1,2Abstract:Inordertofurtherinvestigatethetop-coalcavingstructuralcharacteristicsofextra-thickhardcoalseamwithshallow

5、burydepthinfullymechanizedsublevelcavingmining,authorsstudiedtheNo.3coalseamminedinQian-shutaCoalMineatYuyangDistrict,China.Thecavingstructureofhardtopcoalwasstudiedbyusingnumericalsimu-lation,theoreticalanalysis,in-sitemeasurement,etc.Cantileverstructureoftopcoalexitsatthefaceendposition.Theinterna

6、lstressofcantilevertopcoalwasanalyzed,andthecantileverlengthwasalsosimulated.Theresultsindicatethatdifferentbrokenlengthshaveansignificantimpactonthecavingandreleasingoftopcoal.Whenbrokenlengthislessthanthehorizontalprojectivewidthofcoalcavingport,top-coalcavingarerelativelyeasy.Onthecontrary,itisst

7、ructuralfactorsofdifficultyonhardtopcoalcaving.Keywords:shallowbury;hardcoal;extra-thickcoalseam;fullymechanizedcaving;cavingstructure綜放開采作為厚及特厚煤層主要的開采方法1-2,已經(jīng)歷了30多年的發(fā)展。針對綜放開采時頂煤的變形移動特征,文獻3中提到受采動影響的頂煤體會出現(xiàn)彎曲變形并向采空區(qū)傾倒滑動;文獻4通過觀測頂煤移動過程得到支架上方的頂煤體會發(fā)生垂直方向的運動,并產(chǎn)生離層現(xiàn)象?；诶碚摲治?文獻5-7從頂煤體受力變化、破壞特征等力學(xué)角度闡述了頂煤體運移規(guī)律

8、,對頂煤體進行difficultfortop-coalcaving,andthetotaltimeforhandlingbiglumpcoalincreases.Theresultsexplainsthemacro-收稿日期:2015-07-14修回日期:2015-11-26責(zé)任編輯:常琛基金項目:國家自然科學(xué)基金資助項目(51474128,51304115)作者簡介:解興智(1976),男,山西運城人,研究員,碩士生導(dǎo)師。E-mail:xiexingzhi360煤炭學(xué)報2016年第41卷了分區(qū);文獻8-9分別從頂煤體受到“支架-頂板”共同作用、應(yīng)力分布規(guī)律等整體角度,對頂煤體的破壞發(fā)展過程進

9、行了分析。運用現(xiàn)代化的數(shù)值模擬方法,文獻10-11對頂煤、頂板的運移進行了分析,促進了綜放開采頂煤破壞運移理論的發(fā)展。綜上分析,已有的成果囊括了常規(guī)頂煤體研究3-9,將整個頂煤體視為易碎或簡單的整體12-13,而淺埋上覆煤巖的礦山壓力及煤體中的層理裂隙截割作用下,會發(fā)生分層現(xiàn)象,并且隨著工作面的向前推進,此分層頂煤體受力狀態(tài)發(fā)生變化,發(fā)生破裂、破碎和垮落。本文以榆陽地區(qū)廣泛分布的3號煤層為背景,部分礦井概況見表1,此地區(qū)3號煤埋藏淺、硬度大、厚堅硬頂煤體不同于常規(guī)頂煤體,其在支架的支撐、度變化大。在頂煤冒放結(jié)構(gòu)現(xiàn)場觀測的過程中,得知不同于以往將頂煤體視為一種簡單的“傳載”介質(zhì)12-13,認為初

10、采期間未受弱化處理的堅硬頂煤,和正常推進階段靠近兩端頭位置的頂煤容易形成“懸臂”結(jié)構(gòu),其未破斷之前自身具有一定的承載能力。運用彈性力學(xué)理論建立堅硬頂煤懸臂結(jié)構(gòu)模型,對其內(nèi)部應(yīng)力進行解析;采用數(shù)值模擬方法對堅硬頂煤結(jié)構(gòu)特征進行模擬分析,得到工作面推進過程中頂煤出現(xiàn)“懸臂”結(jié)構(gòu)的懸臂長度;由放煤知懸臂頂煤的破斷長度對其垮落放出有著重要影響,據(jù)此,有針對性地對堅硬頂煤結(jié)構(gòu)形式進行改善,得到提高頂煤冒放性的方法。研究成果為淺埋堅硬特厚煤層綜放開采工作面管理提供指導(dǎo)意義,從而為實現(xiàn)淺埋堅硬特厚煤層的安全、高效開采奠定基礎(chǔ)。表1部分礦井煤層賦存條件Table1Coalseamoccurrencecondi

11、tion煤礦千樹塔麻黃梁柳巷雙山煤層3號煤3號煤3號煤3號煤可采厚度/m97511257551036102011658161138平均厚度/m10619061105990埋深/m122262110241139321115210抗壓強度/MPa2571388736151956抗拉強度/MPa064139165107注:表示礦井地表多黃土高坡和溝谷,以溝谷最低處為埋深最小估計值。1淺埋堅硬特厚煤層開采條件千樹塔煤礦主采的3號煤層埋深122262m,平均埋深192m左右,煤層厚度平均為1061m;根據(jù)實驗室?guī)r石力學(xué)測試結(jié)果,此地區(qū)3號煤層抗壓強107m厚的亞黏土層,松散層厚度合計162m,為淺埋堅硬

12、特厚煤層綜放開采范疇;煤層基本頂為1666m的長石砂巖,直接頂為064m的泥巖。度在25MPa以上;地表覆蓋55m厚的黃土層和現(xiàn)大量的煤塊從放煤口放出。2堅硬頂煤結(jié)構(gòu)特征分析21堅硬頂煤結(jié)構(gòu)模型淺埋堅硬頂煤受到層理面的截割作用,在下部煤體回采后,隨著工作面的向前推進,靠近工作面兩端頭位置容易在煤壁側(cè)形成固定端、采空區(qū)側(cè)形成自由端的“懸臂”結(jié)構(gòu),此頂煤破斷垮落很容易貼在支架掩護梁和尾梁上,如圖1所示。此懸臂頂煤上方受到上覆煤巖層的礦山壓力作用,下方控頂區(qū)內(nèi)受到支架的支撐作用。破斷的懸臂頂煤發(fā)生垮落,當(dāng)其搭在放煤口形成穩(wěn)定結(jié)構(gòu),在放煤的過程中會出現(xiàn)頂煤垮落驟然停止,此時只有少許的煤粉和碎煤得到放出

13、;當(dāng)此結(jié)構(gòu)失穩(wěn)或頂煤塊體在放煤口得到放出,將瞬間出Fig1Brokenblocksoflongbeam圖1破斷的長梁式塊體由此,建立淺埋堅硬頂煤的“懸臂”結(jié)構(gòu)模型,如圖2所示,為了便于分析,將懸臂頂煤的上覆煤巖體支承壓力簡化為q(x);下方距離煤壁L1范圍內(nèi)受到支架的支撐力簡化為q0(x),由頂煤的彎曲下沉和支架的主動支撐形成。其中,L1為支架控頂長度,m;L2為頂煤懸臂長度,m,觀測得知靠近端頭位置在7m左右、甚至更大。h為懸臂頂煤分層厚度,m,觀測知h分布在0308m。q(x)為上覆煤巖壓力,MPa,q(x)=q;q0(x)為支架的支撐反力,MPa,第2期解興智等:淺埋堅硬特厚煤層綜放開采

14、頂煤冒放結(jié)構(gòu)分析361其中,x為x方向應(yīng)力;y為y方向應(yīng)力;xy,yx分別為xy方向和yx方向應(yīng)力;l,m分別為邊界面外法線方向向量在x軸正方向上和y軸正方向上的方向-余弦值;fx,fy分別為邊界面的面力在x軸方向和y軸方向的分量。由圖2知懸臂頂煤的邊界條件:上邊界:l=-0,m=-1,y=-h/2,x0,L2,fx=0,fy=q;左下-邊界:l=0,m=1,y=h/2,x0,L1,fx=0,fy=-ìlx+myx=fxí-+=lmfyxyyî(2)q0(0)=0,q0(L1)=q0。懸臂頂煤體力fy=g,為密22堅硬頂煤結(jié)構(gòu)力學(xué)分析學(xué)平衡微分方程:度,kg/m3

15、;g為重力加速度,N/kg。依據(jù)彈力力學(xué)理論14,建立堅硬頂煤懸臂梁力ìxyx+=0xyíyxy+g=0yxîFig2Topcoalmodelofcantileverstructure圖2頂煤“懸臂”結(jié)構(gòu)模型(1)q0x;右下邊界:l=0,m=1,y=h/2,xL1,L2,L1-fx=0,fy=0;右邊界:l=1,m=0,x=L2,y-h/-2,h/2,fx=0,fy=0。得到頂煤“懸臂”結(jié)構(gòu)的應(yīng)力解析解,見式(3)和(4)。結(jié)合平面問題的邊界條件,應(yīng)力滿足方程(2):xL1,L2:22L2(q-gh)ì3(q-gh)2q-gh)3h+10L2)(q-g

16、h)x=xy-xy-y+y3333hhh10h3q+gh-ghq-y+íy=-4h2h3x0,L1:xy=-îL2(q-gh)q-gh)2L2(q-gh)2q-gh)+-xyyx4h4hh3h3(3)2q3(2qL1+2ghL1+q0h)2q024q03qL1+4ghL1+2q0h3ì-+x=30x3y-xyxxy2axyy+3hL1hL1h3L1h3L1h3L1íy=q02y+2a4y+2b4hL12q0xy3-h3L1xy=-qh2+gxa3-0416L1î3L13q03q0qqL1+2ghL1+q0h3q02qL1+2ghL1+q0hq0

17、h-2qL1-+xy-0x-yyy2hL1L1hL14hL14L1h3L1x2y2+3q026qL1+6ghL1+3q0h2q02ghL1+q0h+6qL1q042+-+-x+xyxyxyay34hL1hL14hL1h3L1h3L1-120(q-gh)L1L2+15q0h-3q0h2q-q0+gh)L2q0hq0L11=-其中,a3=,b,424L14h20L1(3h4-h3)+q0h3-9q0h4/20L1(3h4-h3)(27qh-27gh2-9q+9gh)L1L22(4)+(27q0h2-9q0h)L2+(q0h2-150q0h-18qh3-a4=(81qh-387q+126q0+27g

18、h-18q0h-129gh)L311+18gh4+18q0h3+6qh2+6gh3)L1+(138q-54qh+54gh2-138gh)L21L2362煤炭學(xué)報2016年第41卷根據(jù)千樹塔煤礦3號煤層賦存條件、3號煤物理力學(xué)性質(zhì),取h=08m,L1=51m,q0=04MPa,q=075MPa,=1200kg/m3,g=98N/kg,代入式(3)xy方向應(yīng)力與懸臂長度的關(guān)系,如圖3所示。和(4),得到影響懸臂頂煤破斷長度的應(yīng)力與懸臂長度的變化關(guān)系,即y=-04m處x方向應(yīng)力、y=0處中間層(y=0)切應(yīng)力最大,切應(yīng)力隨著懸臂長度的增加而增大,懸臂長度8m對應(yīng)的切向應(yīng)力(xy方向應(yīng)力)最大為201

19、MPa;懸臂頂煤同一橫坐標處上層(y=-04m)的x方向拉應(yīng)力最大,懸臂長度8m對應(yīng)的拉應(yīng)力(x方向應(yīng)力)最大值達到了145MPa,判斷此條件下支架后方懸臂頂煤破斷形式主要是拉破壞,并且危險截面(即破壞位置)在支架后方。隨著懸臂長度的增加,懸臂頂煤上表面在支架后方發(fā)生拉破壞而垮落,由圖3(a)分析得到懸臂頂煤破斷的塊體短邊最小在06m左右。3數(shù)值模擬分析31模型的建立采用PFC2D模擬堅硬頂煤和頂板運動過程,模型中采用粘接在一起的圓盤顆粒表示煤巖層,將基本頂之上的巖層和松散黃黏土層等效為一排載荷顆粒,并根據(jù)式(5)賦予上覆巖層等效載荷顆粒密度。=2000Hrg(5)其中,為上覆巖層容重,kN/

20、m3;H為煤層埋深,m;r為等效顆粒半徑,m。圖3應(yīng)力分布與懸臂長度的關(guān)系模型顆粒參數(shù)和物理力學(xué)參數(shù)見表2,根據(jù)圖3分析得到的頂煤破斷塊體短邊最小長度為06m,考慮頂煤塊體在垮落過程中會發(fā)生進一步的破碎,確定本模型3號煤顆粒最小單元半徑取02m。Fig3Relationshipofstressdistributionandcantileverlength根據(jù)計算得到支架后方懸臂頂煤同一橫坐標處表2均勻分布顆粒模型參數(shù)Table2Parametersofuniformdistributionparticles項目基本頂(長石砂巖)直接頂(泥巖)3號煤顆粒半徑/m030202密度/(kg·

21、;m-3)242024501221法向剛度/(108N·m-1)切向剛度/(108N·m-1)黏結(jié)力/kN摩擦因數(shù)層厚/m51151111104040416660641061模型長度取200m,開切眼尺寸為10m×4m,左側(cè)留有185m的保護煤柱。以千樹塔煤礦使用的ZF16000/24/45綜放支架為基礎(chǔ),建立支架模型;沿著工作面推進方向,在頂煤不同層位安裝應(yīng)力監(jiān)測32堅硬頂煤結(jié)構(gòu)模擬分析通過PFC2D數(shù)值模擬堅硬頂煤的破裂、破碎和冒放過程,得到頂煤和頂板運動過程,及其隨著工作面向前推進的時空位置關(guān)系,如圖5所示。在模擬工作面推進過程中,堅硬頂煤破裂、垮落存在一定

22、的滯后性,與理論計算結(jié)果相一致,堅硬頂煤在支架后方容易懸空;頂煤體受到層理面的截割作Fig4Supportsettingandstressmonitoring圖4安裝支架和頂煤應(yīng)力監(jiān)測圈圈,如圖4所示。用,在放煤過程中出現(xiàn)不同程度的離層現(xiàn)象;并且堅硬頂煤形成了“懸臂”結(jié)構(gòu),一端為煤壁處的固定端,另一端為采空區(qū)側(cè)的自由端,如圖5所示。下位頂煤形成的“懸臂”結(jié)構(gòu)受到支架的支撐和第2期解興智等:淺埋堅硬特厚煤層綜放開采頂煤冒放結(jié)構(gòu)分析363上覆煤巖層的礦山壓力作用,其是否及時破斷垮落直接影響到中上位頂煤的破裂垮落,其破斷垮落長度相對放煤口的大小對頂煤的放出有著重要影響;懸臂頂煤破斷及時且尺寸較小者能

23、夠順利從放煤口放出,破斷不及時或者破斷塊體較大者將阻塞在放煤口、搭在掩護梁上或者充填采空區(qū)。上位頂煤破斷垮落滯后于下位頂煤,中上位頂煤在破斷垮落過程中容易發(fā)生相互擠壓作用,阻礙上覆破斷巖層的垮落下沉;中上位頂煤在垮落下沉過程中發(fā)生相互碰撞,對自身有二次破碎作用,且中上位頂煤破斷垮落塊體尺寸相對較大,在下落過程中若二次破碎效果不好,將很難從放煤口放出。為了得到工作面向前推進過程中堅硬頂煤的懸臂長度,提取并分析應(yīng)力監(jiān)測圈所監(jiān)測到的應(yīng)力,如圖6所示。Fig5Processesoftop-coalcavingandroofcollapse圖5頂煤冒落和頂板垮落過程當(dāng)懸臂頂煤體中的某點x方向、y方向和x

24、y方向Fig6Stressvariationofmeasuringpointsfromto圖6測點應(yīng)力變化點x坐標,即可得到頂煤懸臂長度(表3),監(jiān)測到的堅硬頂煤最大懸臂長度達89m,平均為75m,進一步反演了堅硬頂煤懸臂結(jié)構(gòu)的存在、量化了懸臂長度。應(yīng)力波動幅度較小,并保持一定的應(yīng)力值時,此處的頂煤體未發(fā)生破壞;當(dāng)懸臂頂煤體中某截面x方向、y方向和xy方向應(yīng)力出現(xiàn)大幅度波動,并出現(xiàn)應(yīng)力歸零、在零值附近波動時,此處的頂煤體發(fā)生了破壞。分析應(yīng)力監(jiān)測曲線,得到應(yīng)力波動始動點、降至零值對應(yīng)的位置滯后于工作面煤壁,說明頂煤體發(fā)生破壞的位置滯后于工作面,頂煤體在支架上方及后方一定范圍內(nèi)較為完整,即可以判斷

25、得出堅硬頂煤體存在懸臂結(jié)構(gòu)。分析處于同一水平的頂煤體應(yīng)力波動情況,如圖7所示,x方向的應(yīng)力發(fā)生波動的時間早于y方向應(yīng)力、xy方向應(yīng)力,說明堅硬頂煤體主要發(fā)生拉破壞。由各個測點應(yīng)力變化規(guī)律,以測點應(yīng)力波動始動點、降至零值所對應(yīng)的工作面煤壁處x坐標,減去應(yīng)力測4現(xiàn)場實例觀測與應(yīng)用41頂煤“懸臂”結(jié)構(gòu)對放煤作業(yè)的影響井下觀測得知靠近兩端頭位置,堅硬頂煤出現(xiàn)懸頂,即“懸臂”結(jié)構(gòu)。此結(jié)構(gòu)的存在對工作面的生產(chǎn)有著重要影響:懸臂頂煤破斷垮落,形成大于放煤口尺寸的長梁式塊體,影響著上方頂煤的冒落回收,如圖8所示;隨著支架的推移,懸空的長梁式塊體垮落對支架掩護梁有一定的沖擊動載作用,影響支架的使用工況。當(dāng)長梁式

26、頂煤塊體滑動至后部刮板輸送機上,由于放煤口高度小于頂煤塊體364煤炭學(xué)報2016年第41卷的長度,一部分頂煤塊體卡在放煤口;另一部分頂煤塊體發(fā)生側(cè)向旋轉(zhuǎn),進入后部刮板輸送機,發(fā)生堆積的大塊煤增加后部刮板輸送機的負荷。當(dāng)多個長梁塊體斷裂垮落相互鉸接,出現(xiàn)短時間的平衡結(jié)構(gòu)時,放煤過程中顯現(xiàn)放煤量突然減小;當(dāng)此平衡結(jié)構(gòu)失穩(wěn)時,出現(xiàn)放煤量突然增加現(xiàn)象。后部運出的長梁式頂煤塊體,容易搭在后部刮板輸送機機頭和轉(zhuǎn)載機護板上;落入轉(zhuǎn)載機的長梁式塊體,也會造成下一環(huán)節(jié)運輸困難,卡在轉(zhuǎn)載機、端頭支架和前部刮板輸送機組成的三角區(qū)內(nèi),引起轉(zhuǎn)載機過載而停機,降低工作面采煤機的開機率和工效。Fig7Stressvaria

27、tionofmeasuringpointsatthesamelevel表3頂煤懸臂長度Table3Top-coalcantileverlength測點3161應(yīng)力波動位置/10648638811工作面推進距離/m296376504584煤壁處x坐標/m581661789869應(yīng)力測點x坐標/m50607080支架頂梁長度/m51515151懸臂長度/m81618969圖7處于同一水平的測點應(yīng)力變化42頂煤“懸臂”結(jié)構(gòu)改善及應(yīng)用Fig8Revealableblocksoflongbeamintheendofrearcanopy圖8尾梁末端顯露的長梁式塊體9(a)所示,由工作阻力4000kN可確定

28、支護強度q0現(xiàn)場觀測得到靠近端頭位置支架工作阻力如圖分布為04MPa左右;分別統(tǒng)計頂煤弱化前后,從放煤口順利放出的頂煤塊體尺寸,如圖9(b)所示,得知弱化前放出煤塊短邊大于04m的比重超過85%,與理論分析結(jié)果、數(shù)值模擬顆粒大小相近。放煤口的水平投影長度為202m,模擬知頂煤懸臂長度平均為75m,代入式(3)和(4),結(jié)合圖3分析結(jié)果,在不采取措施弱化頂煤的情況下,計算得到懸臂頂煤體在x=L1處的拉應(yīng)力最大,發(fā)生破斷的Fig9Workingresistanceandcoalsizestatistics圖9支架工作阻力和放出煤塊尺寸統(tǒng)計最大長度為24m、甚至更大,難以從放煤口放出。因此,需要采取

29、一定的措施減小堅硬頂煤懸臂長度,第2期解興智等:淺埋堅硬特厚煤層綜放開采頂煤冒放結(jié)構(gòu)分析365將懸臂頂煤在x=L1處發(fā)生拉破壞時的最大長度降632m以內(nèi),在一個支架推移步距(08m)后保證堅硬頂煤的破斷最大長度在202m以下。通過分析比較,在頂煤中預(yù)掘?qū)Ｓ玫墓に囅?采用深孔爆破的方式對頂煤進行弱化,增加平行于工作面的裂隙組,增大頂煤的垮落角15,將頂煤懸臂長度控制在632m以內(nèi)、頂煤破斷最大長度控制在2m以內(nèi)。經(jīng)過井下試驗,靠近端頭支架后方頂煤未出現(xiàn)至202m以內(nèi),則堅硬頂煤的懸臂長度控制在效,而且頂煤的放出量也難以得到保障。針對堅硬頂煤的“懸臂”結(jié)構(gòu),選擇深孔爆破弱化堅硬頂煤,減小懸臂頂煤破

30、斷長度、破壞堅硬頂煤“懸臂”結(jié)構(gòu),在現(xiàn)場得到了成功應(yīng)用,為工作面高產(chǎn)、高效、安全開采提供了技術(shù)支持。5結(jié)論堅硬頂煤“懸臂”結(jié)構(gòu)模型,并對其所受應(yīng)力與上覆(1)根據(jù)井下觀測結(jié)果,利用彈性力學(xué)理論建立大面積懸頂,即弱化后的懸臂頂煤長度在6m以內(nèi);放出頂煤塊體統(tǒng)計如圖9(b)所示,外觀呈現(xiàn)棱柱型塊體特征,如圖10所示。圖10順利放出的頂煤塊體(處于尾梁下方)Fig10Successfulcaving破斷的大塊(under“懸臂the”頂煤rear,canopy)top-coalblocks增加了放煤支架處理大塊煤的時間,井下跟班記錄得知:堅硬頂煤弱化前,工人操作液壓閥擺動尾梁和插板的時間較長,觀測期

31、139內(nèi)單架放煤處理大塊煤時間最長達1s;通過弱化處理,堅硬頂煤結(jié)構(gòu)得到改善282s,平均為煤破斷塊度得到減小,放煤支架處理大塊煤時間明顯,頂?shù)玫娇s減,平均單架處理大塊煤時間為474s,比弱化改善前降低了659%。頂煤結(jié)構(gòu)得到改善,使其放出率得到了提高,統(tǒng)計期間內(nèi),改善后的頂煤放出率達76%,比改善前提高了60%,如圖11所示。圖11工作面頂煤放出率變化為了協(xié)調(diào)好采煤機割煤Fig11Changesoftop-coal、移架和放煤工序recoveryratio,同等割煤速度、同等產(chǎn)能情況下,頂煤弱化之前需要安排更多的放煤工參與放煤工作,這樣降低了工作面的工煤巖礦山壓力和支架支撐力的關(guān)系進行理論解

32、析;由千樹塔3號煤層賦存條件和開采條件得到,支架后方懸臂頂煤主要發(fā)生拉破壞垮落用PFC(2)2D結(jié)合實驗室實驗所測煤巖物理力學(xué)參數(shù)。離散顆粒流分析軟件,建立了淺埋堅硬特厚,利煤層綜放開采數(shù)值分析模型。研究得到在工作面的向前推進和放煤工作的進行過程中,堅硬頂煤容易形成“懸臂”結(jié)構(gòu);當(dāng)懸臂頂煤內(nèi)部拉應(yīng)力達到某值時,將發(fā)生拉伸破裂或離層;當(dāng)切向應(yīng)力達到某值時,懸臂頂煤會發(fā)生剪切滑動下沉(3)不同的懸臂頂煤破斷長度。頂煤塊體能否順利放出有著重要影響,對放煤空間內(nèi)的。當(dāng)懸臂頂煤破斷長度大于放煤口的相對尺寸時,容易堵塞放煤口,并且增加單架處理大塊煤的時間;通過弱化降低堅硬頂煤的“懸臂”長度,能夠降低放煤支

33、架處理大塊煤時間、提高堅硬頂煤的放出率,并在現(xiàn)場得到了成功應(yīng)用。參考文獻:1王金華2013,38(12):2089.特厚煤層大采高綜放開采關(guān)鍵技術(shù)Wang-2098.J.煤炭學(xué)報,with2na毛德兵CoallargeJinhua.Society,2013,38(12):2089miningKeyheighttechnologyinextra-thickforfully-mechanizedtopcoalcaving,姚建國.大采高綜放開采適應(yīng)性研究-coal2098.seamJ.JournalofChi-2010,35(11):1837-1841.J.煤炭學(xué)報,MaoDebing,YaoJi

34、anguo.AdaptabilityoflongwallCoaltopSociety,2010,coalcaving3皮凱35(11):1837withhighcutting-1841.heigtJ.JournalofChina綜采礦壓譯文集JP.厚煤層放頂煤開采的礦山壓力研究C.北京:煤炭部礦山壓力科技情報站綜采分A.巖層控制與站,1985.4于海湧京:中國礦業(yè)大學(xué).機械化放頂煤工作面頂煤破碎機理及放煤規(guī)律(北京),1989.D.北5閻少宏炭科學(xué)技術(shù),孟金鎖,1995,23(12):33,吳健.放頂煤開采頂煤分區(qū)的力學(xué)方法-37.J.煤YantheShaohong,MengJinsuo,Wu

35、Jian.Mechanicalmethodofnology,1995,23(12):33top-coaldivisionintop-37.coalcavingJ.CoalScienceandTech-366J.礦山壓力與頂板管理,1992,9(1):26-31.煤炭學(xué)報2016年第41卷6靳鐘銘,張惠軒,宋選民,等.綜放采場頂煤變形運動規(guī)律研究JinZhongming,ZhangHuixuan,SongXuanmin,etal.Studyonruleoftop-coaldeformationandmovementinfully-mechanizedsublev-1992,9(1):26-31.

36、elcavingfaceJ.UndergroundPressureandRoofManagement,11左建平,趙洪寶,楊建立,等.大采高綜放開采煤巖體冒落規(guī)律數(shù)值模擬研究J.煤炭科學(xué)技術(shù),2013,41(1):56-59.ZuoJianping,ZhaoHongbao,YangJianli,etal.Analysisandstudyonfallingdownlawofcoalandrockinhighcuttingfullymecha-2013,41(1):56-59.nizedtopcoalcavingminingJ.CoalScienceandTechnology,7王慶康,宋振騏,張頂立.綜采放頂煤工作面頂煤破碎機理探討J.礦山壓力,1989,6(2):27-33.WangQingkang,SongZhenqi,ZhangDingli.In