急傾斜煤層巷道放頂煤開(kāi)采的關(guān)鍵問(wèn)題研究.pdf

1、急傾斜中厚—厚煤層巷道放頂煤采煤法的關(guān)鍵問(wèn)題主要有四個(gè):頂煤可放性的影響因素及評(píng)價(jià)、放煤巷道的布置與維護(hù)、頂煤破碎機(jī)理、工藝參數(shù)等。
　　以多個(gè)礦井的工業(yè)性試驗(yàn)為基礎(chǔ)，采用灰色系統(tǒng)理論、模糊數(shù)學(xué)方法對(duì)頂煤可放性的影響因素與評(píng)價(jià)進(jìn)行分析和計(jì)算，通過(guò)篩選各種指標(biāo)，選取煤層強(qiáng)度、開(kāi)采深度、煤層厚度、煤層傾角、煤層頂?shù)装鍘r層、煤層夾矸和安全條件等七項(xiàng)自然指標(biāo)十二個(gè)二級(jí)指標(biāo)進(jìn)行分析和計(jì)算，得出各項(xiàng)指標(biāo)與頂煤可放性關(guān)聯(lián)度從大到小的順序?yàn)?煤層

2、強(qiáng)度、煤層傾角、煤層厚度、開(kāi)采深度、煤層夾矸、安全條件和煤層頂?shù)装鍘r層。同時(shí)，通過(guò)計(jì)算和比較，將頂煤可放性分為五類(lèi):可放性好(Ⅰ)、可放性較好(Ⅱ)、可放性一般(Ⅲ)、可放性較差(Ⅳ)、可放性差(Ⅴ)，可據(jù)此判斷頂煤的可放性。
　　采用彈塑性理論對(duì)頂煤應(yīng)力環(huán)境與變形進(jìn)行分柝，認(rèn)為頂煤受力主要來(lái)自煤層與頂板的重力和放頂煤形成的集中應(yīng)力，水平地應(yīng)力與瓦斯壓力均對(duì)頂煤的破碎產(chǎn)生重要影響。計(jì)算的極限平衡帶高度與現(xiàn)場(chǎng)深基點(diǎn)位移測(cè)試數(shù)據(jù)基本一

3、致，頂煤應(yīng)力極限平衡帶的高度與頂煤破碎及可放性相關(guān)，極限平衡帶高度大，則頂煤破碎及可放性差;反之，極限平衡帶高度小，則頂煤破碎及可放性好。放煤巷道與放煤小眼施工時(shí)的頂煤應(yīng)力和位移變化，采用FLAC軟件進(jìn)行數(shù)值模擬，結(jié)果表明，放煤巷道和敖煤小眼施工擾動(dòng)時(shí)產(chǎn)生的塑性區(qū)和塑性破壞等均出現(xiàn)在巷道的肩部和支架的扎腳處，在生產(chǎn)期間應(yīng)進(jìn)行重點(diǎn)維護(hù);巷道圍巖的位移跡線(xiàn)和主應(yīng)力均有利于頂煤的變形破碎。
　　頂煤破碎機(jī)理分析時(shí)，采用彈塑性理論分析頂煤

4、走向的變形破碎過(guò)程及頂煤冒落的主要因素;項(xiàng)煤沿走向的破碎是由于頂煤中部的拉應(yīng)力超過(guò)煤體的抗拉強(qiáng)度所致，頂煤出現(xiàn)“冒落—裂隙帶上移—新的冒落—裂隙帶進(jìn)一步上移”的破碎過(guò)程，頂煤的冒落與煤體的力學(xué)性質(zhì)及節(jié)理裂隙發(fā)育程度具有較大的相關(guān)性。頂煤沿傾向的變形破碎過(guò)程通過(guò)非連續(xù)介質(zhì)理論和模擬計(jì)算軟件(UDEC)進(jìn)行數(shù)值模擬，分析頂煤沿傾向變形破碎的過(guò)程和空間形態(tài);頂煤沿傾斜方向在不同冒落高度的力學(xué)特性和空間形態(tài)基本一致，冒落空間形態(tài)具有成拱性，即形

5、成一個(gè)“頂板—煤層—底板”的非對(duì)稱(chēng)拱型力學(xué)結(jié)構(gòu)，拱頂向頂板方向偏移;頂煤和圍巖的破壞過(guò)程大致分為四個(gè)區(qū):頂煤放出區(qū)、沿底滑落區(qū)、頂板離層破壞區(qū)和煤巖滯后冒落區(qū)等，煤層頂?shù)装宓淖冃屋^小，主要是冒落的頂煤給頂?shù)装鍘r層有一個(gè)支撐作用。
　　將突變理論用于頂煤破碎冒落機(jī)理分析，建立項(xiàng)煤破壞失穩(wěn)的尖點(diǎn)突變模型，假設(shè)頂煤破碎是受節(jié)理裂隙的弱面影響而形成的，得出項(xiàng)煤破碎冒落的判據(jù)為頂煤裂隙面內(nèi)彈性核區(qū)介質(zhì)的剛度與屈服帶內(nèi)介質(zhì)的剛度之比，即剛度比

6、。在剛度比小于1時(shí)，頂煤彈性核區(qū)段的剛度越小、屈服段剛度越大，越易于發(fā)生頂煤滑移突變失穩(wěn)，從而形成破碎冒落。
　　基于計(jì)算機(jī)模擬的放礦理論對(duì)于頂煤生產(chǎn)各工藝參數(shù)的優(yōu)化，可以提高頂煤的回收率和降低含矸率。放煤順序設(shè)置合理可以保持頂煤與矸石接觸面近水平下移;分段高度在不同煤層厚度時(shí)，其有效范圍將不同;放煤口間距的大小與頂煤回收率有密切的關(guān)系，間距小時(shí)，頂煤回收率高，但間距過(guò)小會(huì)增加生產(chǎn)管理的難度;項(xiàng)煤含矸率的適量增加可以提高頂煤的回收