某矿复杂煤层顶煤放出相似模拟实验研究.pdfVIP

科 学 发展 某矿复杂煤层顶煤放出相似模拟实验研究 李兆龙，任志成 中国矿业大学 (北京)资源与安全工程学院，北京 100083 摘 要：顶煤放出规律规律的研究一直是煤矿开采的重点和难点。前人进行的实验室模拟均为二维实验，本论文以中国矿业大学 (北京)资源与安全 工程学院岩石开挖与采矿工程实验室研制开发的顶煤放出三维模拟实验平台为基础，对某矿顶煤放出规律进行了相似模拟实验。论文以散体介质流理论 为依据，对某矿顶煤放出规律进行了研究，结果表明：实验室模拟回收率及混矸率，与现场实际情况出入不大；顶煤放出规律的研究也可以通过实验室模拟 初步实现，对现场实际工作具有指导意义。 关健词：顶煤放出；相似模拟；采出率；放出规律 1相似模拟实验的目的及意义 最终铺设完毕后，使用千斤顶以及 吊车，将实验台上部箱体一侧抬升， 项煤放出研究的辅助方法有很多种，直观又较真实反映综放工作面顶 并使用双轴数显水平仪实时显示抬升角度。根据现场实际地质资料，确定 煤放出规律的方法是相似模拟试验。国内外从事采矿科学研究的学者和专 模拟 3o倾角。 家，都非常重视相似模拟的研究，通过现场观测分析，再辅助相似模拟试 4放出煤量称重记录 验，创造性地提出了许多顶煤放出新理论和新成果，为综放开采的发展奠 工作面共推进八刀，放出煤量及矸石量统计见称重统计图1。其中初 定了基础。这些理论的得出和发现，与进行相似模拟试验分不开。相似模拟 始放煤由于放出体未受任何影响，较为完整，故放出量最多。与之相邻的第 最大的特点是简洁、直观、再现现场实际开采作业条件下顶煤放出的特征， 一 刀，由于受到初始放煤影响，放出体残缺较为严重，所以放出量很少。之 较为真实地反映出顶煤放出规律，并有效地统计出顶煤的采出率和混矸 后工作面每次推进一刀放出煤量基本趋于稳定，平均为7696．1g，总体放出 率。随着生产技术的发展，三维模拟实验设备的日益更新，相似理论的不断 煤量为 86133g，放出矸石量为54555g。 完善，相似模拟试验更加逼真地再现了现场开采的实际情况，成为辅助现 煤层中铺设的标志点，从第五刀开始出现，但为数较少，无法反演出完 场观测最有效的方法之一。 整的放出体。工作面推进至第八刀时，部分右边界的标志点随之放出，说明 2实验设备及相似材料的确定 工作面基本达到标志点区域边缘，共有四刀放煤过程有标志点放出，其中 本实验采用中国矿业大学 (北京)自主研发的一种倾角可调的综放长 第六七八刀放煤标志点数量较多较完整。随后的分析也主要从这三次的数 壁顶煤放出三维模拟实验装置，模拟某矿工作面起伏煤层项煤放出情况。 据进行反演。 实验台内部所使用的放煤支架，共有 2O个，在实验人员操作下，尾梁 5实验数据计算及分析 ． 可以任意打开闭合，模拟工作面现场放煤 口打开与关闭的动作。 5．1放出体规律分析 根据王家臣教授的研究成果，工作面推进过程中，顶煤与直接顶在工 由两种情况放出体对比图可以看出，推进对放出体的影响非常明显： 作面上已经完全破碎，形成松散体，其运移和放出应符合散体流动规律，提 1．推进放出体与初始放出体 (近似椭球体)相比，完整性大大降低，由 出了散体介质流理论。本实验采用 5-8mm粒径的青色石颗粒代替煤层； 标志点数量及形状可以看出，接近于一个弯曲条带形状； 用 8-12mm 白色石颗粒代替矸石，两种材料都为均匀散体，流动性较好，能 2．无论是推进过程的放出体还是初始放煤的放出体，上部都有前倾趋 够较为真实地模拟出工作面现场顶煤及矸石放出的情况。 势，基本没有改变，究其原因，可能是煤体颗粒与支架摩擦较小，导致靠近 3模型构建及标志点铺设 工作面前方颗粒流动更快，放出量更多，通过标志点反演出的放