王家岭煤矿综放开采煤岩运移规律及放煤工艺优化

作     者：李昊城 

作者单位：太原理工大学 

学位级别：硕士

导师姓名：宋选民

授予年度：2020年

学科分类：081901[工学-采矿工程] 0819[工学-矿业工程] 08[工学] 

主      题：综放开采 数值模拟 顶煤破坏 顶煤回收率 工艺参数 

摘      要：我国厚煤层资源储量比重大,已探明的煤炭储量中厚煤层占45%以上,厚煤层开采关键技术发展对煤炭安全高效开采具有重要意义,综放开采方法作为我国厚煤层开采的方法之一,如何提高顶煤回收率是该项技术成败的关键,而顶煤的破碎程度及破碎后能否充分放出对顶煤回收率有着重要影响。因此,研究厚煤层综放开采顶煤在不同工艺参数下的破坏机理、破碎程度及放出规律,对于实现综放开采工作面的高产高效具有重要意义。以王家岭煤矿2煤层12309综放开采工作面为工程背景,首先,对工作面围岩物理力学参数及地应力分布进行了测定,在实测数据的基础上通过连续介质程序FLAC模拟分析了机采高度对顶煤破坏及煤壁稳定性的影响,由于FLAC无法模拟出顶煤的冒放特征,因此,运用PFC数值模拟软件研究了机采高度对顶煤运移规律和回收率的影响;其次,通过理论计算与相似模拟实验相结合的方法,研究了不同放煤步距下的顶煤回收率,并在合理机采高度和放煤步距的基础上研究了不同放煤方式下的煤岩冒落规律及顶煤回收率;最后,基于研究得出的放煤工艺参数对12309综放工作面开采设备进行合理选型分析,并研究了工序的协调配合关系。通过分析得出的主要结论如下:(1)采用模糊数学理论分析了2煤层顶煤在开采深度、煤层强度、顶板条件等自然因素影响下的冒放性,认为2煤层顶煤冒放性属于Ⅱ类,冒放性较好,需选择合理的放煤工艺参数来实现工作面高产高效开采。(2)机采高度对顶煤的破坏和放出有显著的影响,利用FLAC数值模拟软件分析了机采高度对顶煤破坏特征及煤壁稳定性的影响,得出采高为3 m时,煤壁前方顶煤和控顶区顶煤的破坏效果最佳,而当采高超过3 m时煤壁水平位移量陡增,煤壁稳定性较差;通过PFC数值模拟软件分析了不同机采高度下顶煤的运移规律,得出采高为3 m时的顶煤回收率最高,且含矸率最低。综上,确定12309工作面采用3 m机采高度时可以实现工作面安全和提高顶煤冒放性的合理匹配。(3)运用椭球体理论计算得出在12309工作面地质条件下的最佳放煤步距为0.83 m,由于采煤机的截深为0.865 m,故选择合理的放煤步距为0.865 m;通过三维散体相似模拟实验对理论计算结果进行验证,得出采放配合工艺方式为一采一放时,顶煤回收率最高,且推进过程中的循环放煤量较为稳定,因此,确定出12309工作面的合理放煤步距为0.865 m。(4)通过PFC模拟软件对比研究了不同放煤方式下的顶煤放出效果,发现采用双轮间隔放煤顶煤回收率最高且含矸率最低,分别为91.1%、6.7%;单轮间隔放煤方式的放煤效果与其相差不大,其顶煤回收率和含矸率分别为90.6%、7.2%,考虑到现场双轮间隔放煤工序复杂、不易控制且生产效率较低,故认为单轮间隔放煤方式更适用于12309工作面。(5)根据矿井实际条件及确定出的合理放煤工艺参数,对12309工作面主要开采设备进行合理选型,并对生产系统的工序配合关系进行分析,认为所选设备能够满足综放工作面高产高效的要求。