急倾斜煤层水平分段综放开采合理巷道位置确定

作者:魏炜杰;杨胜利;李良晖;张锦旺; 刊名:煤炭工程 上传者:哈福双

【摘要】针对急倾斜水平分段综放开采顶煤放出率低的问题,采用PFC2D离散元软件模拟了不同底板巷道位置条件下3段综放开采顶煤放出过程。模拟结果显示,顶煤放出后,残煤主要集中在工作面顶底板及中部位置,当底板距x≥2m时残煤形态变化不明显;1#支架顶煤放出率与工作面顶煤放出率呈负相关的关系,而整个模拟煤炭采出率随x的增大呈抛物线形式增加,由拟合曲线知x取4.75m时,模型煤炭采出率最高;综合考虑顶煤放出率和岩石巷道掘进率,建议将底板巷道设置在x取2m处,此时顶煤采出率约85%。

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3.中国矿业大学深部岩土力学与地下工程国家重点实验室,江苏徐州221008)急倾斜水平分段综放开采是开采急倾斜厚煤层的主要方法之一。优化采放工艺、合理分段高度及合理巷道位置确定等是提高水平分段综采开采顶煤回收率的重点研究内容。为此,文献[1-5]对优化急倾斜综放开采放煤方式进行了一系列研究,提出了“下行动态分段、段内上行放煤”及“分段逆序放煤”等采放工艺,提高了顶煤回收率;文献[6-8]运用物理相似模拟和FLAC3D软件模拟了水平分段开采时顶底板破坏运移规律及确定了水平分段高度;文献[9]对水平分段开采巷道围岩受力进行了理论和模拟研究,确定了巷道支护方案。以上学者们对急倾斜水平分段综放开采提高顶煤采出率,维护巷道稳定等做出了有益探索,但对巷道位置影响顶煤采出率研究较少。本文采用PFC2D离散元软件,以江仓一号矿井11220急倾斜工作面所在片盘为背景建立三段水平综放模型,分别分析了不同巷道位置对顶煤回采率和残煤形态的影响,综合考虑煤炭采出率和岩石巷道掘进率,最终确定了合理巷道位置,为生产现场科学放矿提供了依据。1工程概况江仓一号矿井位于青海省刚察县,矿区构造较简单,基本形态为一轴向近东西,两翼不对称的向斜构造,两翼的倾角约50~70,全矿井划分为两个水平五个采区,每个采区采用片盘式开采,每片盘垂高50m,用石门穿通各煤层。11220综放工作面位于一采区+3650区段轨道石门以东,为东西两个露天矿坑之间的煤柱工作面,开采分层高度为17m,分层底高为+3657m,工作面可采走向长度123m,宽度25m,平均倾角约55,工作面顶底板赋存条件见表1。工作面采用ZFG6000/17/32过渡液压支架2副,ZF5600/16/30中间液压支架12副,架宽1.5m,MG300/355-NWD型短臂采煤机一台,机采采高2.8m,放顶高14.2m,采放比为15。表1煤层赋存条件顶板名称岩石名称水平厚度/m岩性特征老顶细砂岩33.8钙铁质细砂岩直接顶泥岩31.3砂质泥岩煤-25.0-直接底泥岩2.0炭质泥岩老底粉砂岩23.9钙质粉砂岩2数值模型建立及方案设计2.1模型建立为模拟不同巷道位置情况下顶煤放出过程,根据表1所示煤层赋存状态,采用PFC2D离散元软件建立了11220工作面所在片盘的整体模型,如图1所示,模型尺寸为102m50m,各煤岩层颗粒具体力学参数见表2。图1模型初始状态表2模型颗粒力学参数材料密度/(kgm-3)半径R/mm法向刚度kn/(Nm-1)剪切刚度ks/(Nm-1)摩擦系数老顶2650400~500410841080.4直接顶2500200~300410841080.4煤1500100~200210821080.4直接底2500200~300410841080.4老底2600400~500410841080.4模型建立后,对其进行初始化,墙体作为模型外边界,速度和加速度均设为0,为固定边界;颗粒初速度设为0,仅受重力作用,重力加速度为9.81m/s2。2.2模拟方案设计根据11220工作面所在片盘分段情况,整个模型分三段进综放开采,第一分段16m,第二和第三分段均为17m。在工作面宽度一定的条件下,工作面两巷位置的选择对顶煤回收率影响很大,因此本模拟通过改变巷道位置来重点回收靠近底板处的顶煤,减少底板煤损。如图2所示,根据底板巷道断面煤岩比(巷道断面中掘煤与掘岩面积比)及底板距x(以煤层底板为O点,以底板方向为x轴正方向,巷道左下角A点到煤层底板O点的距离x)模拟了底板巷道由全煤巷道逐渐变为全岩巷道五种情况,具体参数见表3。表3底板巷道位置参数

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