基于PFC模拟急倾斜特厚煤层水平分层综采放顶煤开采

作者:张宏 刊名:矿业装备 上传者:官蕴华

【摘要】对于急倾斜特厚煤层放顶煤综放开采技术,从技术兴起时各方面专家就对其放煤规律及各种采放方法进行了较为深入的研究,对于水平分层综采放顶煤采煤法几个重要参数目前仍大都根据经验确定,本文利用PFC程序模拟真实井下情况进行边界情况设定,对采放比、放煤步距等重要参数,设计不同的对照组分析模拟得出最佳工作参数。并针对水平分层放顶煤采煤法的主要问题提出对应的对策措施。

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对于急倾斜特厚煤层放顶煤综放开采技术,从技术兴起时各方面专家就对其放煤规律及各种采放方法进行了较为深入的研究,对于水平分层综采放顶煤采煤法几个重要参数目前仍大都根据经验确定,本文利用PFC程序模拟真实井下情况进行边界情况设定,对采放比、放煤步距等重要参数,设计不同的对照组分析模拟得出最佳工作参数。并针对水平分层放顶煤采煤法的主要问题提出对应的对策措施。采煤方法选择及优化当前,对于40~60°的急倾斜特厚煤层常用的开采方法有:水平分层放顶煤采煤法、巷道放顶煤采煤法和斜坡陷落法等。就应用面来讲,巷道放顶采煤和斜坡陷落对于各种急倾斜煤层地质条件均有比较广泛的适应性;从劳动作业强度和劳动生产率分析,水平分段综采放顶煤采煤法的机械化程度高,劳动生产率较高。斜坡陷落法的落煤工艺简单,但劳动强度过大且产量低;对于最重要的煤质和品位来分析,巷道放顶煤采煤法与斜坡陷落法回采过程中容易混入不少煤矸石而降低了煤的品位和经济价值,水平分段综采放顶煤采煤法因机械化高,煤井生产集中,故产量高,煤质较高。综合考虑上述各种采煤方法的缺点,借鉴其各自优点,提出在20~45 m厚的急倾斜煤层中使用平均分层10 m的分层综采放顶煤采煤技术。水平分层综放模拟效果分析PFC程序介绍PFC颗粒流程序,是一种模拟块体结构问题的分析软件,它既可以模拟圆形或近圆形的颗粒运动状态,也可以模拟多个颗粒连接形成随机形状的组合块体的结构性问题。在此程序中,可以根据实际情况对颗粒单元直径进行调节,使其为确定的形状或呈高斯分布,根据设定的单元颗粒分布特征,系统进行自动统计生成单元。煤层岩体中的节理特征及弱面、孔隙率等均可以通过自定义颗粒单元直径来实现。而颗粒岩体间发生的形变位移由软件中坐标直接体现计算,不需设置增量位移。在此颗粒流程序模拟过程中,对其中固定颗粒单元及颗粒接触特征做出如下假设:颗粒单元设定为球形,颗粒单元不发生形变,接触设置为柔性点接触,根据各点接触处受力大小情况,使颗粒间呈现不同程度重叠,此重叠量远小于颗粒本身直径,接触点部分有连接强度。工作面参数确定煤层厚度与倾角都对工作面长度有影响。工作面长度公式为:式中L—水平分层时工作面长度,m;H—煤层的厚度,m;α—煤层的倾角,°。沿工作面的顶板与底板布置顺槽。如果巷道在煤岩交界面出现破碎会导致维护困难,因此需要在巷道两邦留有a=2 m左右的煤壁作为护巷煤。工作面的有效长度计算公式为:L1=L-2(a+b)式中L1—工作面有效长度,m;L—水平分层时工作面长度,m;a—煤壁厚度,m;b—巷道宽度,m。模型设定根据煤矿自身特性及煤层顶底板情况与煤层赋存条件,依据真实采煤工作情况,依据水平分层厚度10 m割煤高度2.6 m,确定边界条件为在80-100 cm距离内试验模拟真实条件下的16-20 m,建立PFC放顶煤采煤模型,模拟真实的流动与放出规律,确定最佳工艺参数。当前煤矿采煤常用的工艺方式有一刀一放与两刀一放,本试验就这两种工艺参数进行模拟对比分析,分别模拟采放比为1:3、1:4和1:5,分别模拟放煤步距为0.6 m和1.2 m。 设置连续较大的颗粒块模拟采空区矸石及其受力状态,确定放煤口,并在放煤口处设置符合比例与形态的支架,试验中利用支架的移动并定时开启关闭放煤口模拟真实的放煤过程。最后根据模拟结果,分析不同采煤工艺下的采出率、含矸率及最佳放煤步距等参数。模拟结果根据模拟结果分析可以得出以下结论:(1)采放比影响:一次放出煤量随着采放比的增大而明显增大,传统认为当采放比超过1:3时则不能采用放顶煤法,但根据模拟及许多矿井实际情况发现,采放比

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