后安煤矿顶煤弱化技术及放顶煤参数优化研究

摘要

我国的厚煤层储量丰富,约占各类煤层总储量的44％,厚煤层的产煤量也占煤炭总产量的45%左右,但顶煤采出率普遍偏低,导致厚煤层开采无法摆脱粗放型生产方式。因此降低厚煤层开采生产成本,实现安全高效生产,意义重大。
　　本论文采用现场调研、理论分析、FLAC3D和PFC2D数值模拟、现场试验与测试等研究手段,对后安煤矿综采放顶煤工作面顶煤的采出率进行调查分析;分析和研究了制约顶煤放出的各种影响因素,并使用 FLAC3D仿真模拟了回采过程中顶煤的冒放性;根据经验公式及生产经验设计了提高顶煤采出率的松动爆破技术措施,并用 FLAC3D仿真模拟爆破效果;运用 PFC2D仿真模拟放煤过程,提出了新的放煤参数;最后在现场进行工业试验。研究认为:(1)煤层赋存深度、煤体强度、顶煤层厚度、顶煤节理裂隙分布、煤层夹矸、放煤步距、放煤方式是制约顶煤顺利、高效放出的主要因素;(2)回采过程中,支承压力相对较小,其峰值出现在回采工作面前方5~7m处,取值12~16MPa,相对煤体强度等赋存条件,支承压力作用无法破碎顶煤到可以冒放的程度;FLAC3D模型中采用顶煤破坏系数来表征顶煤破碎效果,模拟得到工作面顶煤破坏系数为0.26~0.51,说明破碎效果差即冒放性差。(3)顶煤冒放性差,冒落块度大,现场宜采用深孔松动爆破技术。炮孔沿工作面走向布置前后两排,分别80°、75°仰角偏向采空区,直径42mm;后排炮孔距采空区1965mm,间排距3100mm×3100mm;炮孔长8~9m;正向集中轴向不耦合装药,每孔装药1.8~2.55kg,药卷直径32mm,填塞长度1002mm。(4)后安煤矿在现行生产条件下,应增加爆破弱化顶煤技术,放煤工艺应采用:机采高度4m,放煤步距0.6m(一采一放),分段两轮间隔放煤。
　　现场采用以上研究结果后,深孔松动爆破后的预裂顶煤呈相对均匀,粒度相对未爆破较小的块状结构,顶煤冒放性得到改善。采用优化后的放顶煤工艺参数,顶煤能够顺利放落,顶煤采出率提高到了90.8%。

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1绪论

1.1课题的提出及研究意义

1.2国内外相关研究现状综述

1.3研究目标、方法及内容

1.4研究技术路线

2后安煤矿矿井及采煤工艺概况

2.1矿井概况

2.2工作面采煤工艺

2.3工作面顶煤采出率现场观测

2.4本章小结

3综放工作面顶煤采出率低的原因分析

3.1煤层赋存条件对采出率的影响

3.2放顶煤开采工艺对采出率的影响

3.3综放开采顶煤冒放性FLAC3D数值分析

3.4工作面松动爆破预裂顶煤必要性分析

3.5本章小结

4提高综放工作面顶煤冒放性的深孔松动爆破技术

4.1深孔松动爆破机理

4.2深孔松动爆破试验参数设计

4.3深孔松动爆破工艺流程

4.4深孔松动爆破顶煤破碎效果的数值模拟分析

4.5本章小结

5基于PFC2D的综放开采放顶煤工艺参数优化

5.1PFC2D软件简介

5.2综采放顶煤步距PFC2D仿真模拟研究

5.3综采放顶煤方式PFC2D仿真模拟研究

5.4放顶煤工艺参数优化

5.5本章小结

6工业试验

6.1试验工作面概况

6.2试验方案

6.3试验结果

6.4本章小结

7结论

参考文献

在学研究成果

致谢