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摘要：倾斜煤层在我国具有较大得到储量，如何对倾斜煤层进行有效的开采，提高开采效果对我国煤炭资源的使用具有重要的影响。针对倾斜煤层放煤工艺参数的选择设置，采用PFC仿真模拟的形式进行分析。结果表明，随着放煤步距的增加，顶煤的放出量呈逐渐增加的趋势，经过分析，选择合理的放煤参数为采高4m时进行两采一放的放煤方式。
关键词：倾斜煤层；放煤方式；采高；采出率；仿真
0概述
煤炭是重要的化石能源，对我国的经济社会发展具有重要的支撑作用，并且将在较长的时间内占据我国能源的主体地位“。我国的煤炭储量较多，随着优质煤层的不断开采消耗，对稀缺煤炭资源的开采成为重点研究的方向。在我国的煤层分布中，稀缺的倾斜煤层具有较大的含量，大倾角煤层的开采量达到我国煤炭开采量的10%，在开采过程中，由于煤层具有一定的倾斜角度，且有些角度较大，使得开采过程中采场的应力分布及矿压等具有较大的改变，造成了一定的开采难度。进行倾斜煤层开采过程中，合理的放煤工艺参数是实现倾斜煤层高效开采的关键，针对某大倾角煤层的放煤工艺参数，采用模拟仿真的形式进行分析，从而选择最优的放煤参数一，提高煤层的开采效率，提高开采煤炭的质量。
1倾斜煤层放煤分析模型的建立
倾斜煤层进行开采过程中覆岩的运移与水平煤层的变化存在差异，从而造成顶煤的流动规律有所差别，对放煤参数具有不同的需求。针对某倾斜煤层的放煤过程进行分析：煤层分布平均倾角为35..煤层厚度为8~16.5m，平均煤层厚度为13.5m，属于大倾角特厚煤层的开采。倾斜煤层综采过程中，顶煤受到矿压作用的影响，使得顶煤在放出过程中呈散体介质特性：采用PFC颗粒流分析软件进行顶煤的放出模拟，PFC仿真分析以颗粒介质为研究对象，可以较好的模拟放顶煤、冲击爆破、边坡位移等工程问题。采用PFC2D建立顶煤开采的分析模型，选取模型的长度为60m，高度为30m.将模型分为两部分，底层为顶煤颗粒，上层为直接顶颗粒，采用重力压实法保证颗粒达到致密状态。在分析过程中，设定模型思粒的初始速度为0.颗粒受到重力作用，模型中的边界采用wall单元进行定义，速度及加速度均为0.得到初始分析模型如图1所示.
在进行开采过程中，依据煤层厚度的不同对采放比具有不同的参数设置，所分析煤层的平均厚度为13.5m.分析采高为3.5、4、4.5m，采煤机的截深为0.8m.设置放煤步距分别为0.8m(一采一放)、1.6m(两采一放)、2.4m(三采一放)，在分析过程中为便于分析顶煤的流动，将煤层赋予不同的颜色，最下一层为采高的高度，采用wall单元进行液压支架的模拟，在达到放煤位置时顶煤颗粒及上覆岩层颗粒在重力作用下下落，达到平衡状态：打开放煤口，进行初始放煤.形成正常放煤的边界。以采高3.5m时模型为例，其初始放煤模型如图2所示。从图2中可以看出，经过初始放煤后，放煤口中心线两侧的煤研分界线向采空区一侧偏斜，呈不对称的分布。
2倾斜煤层放煤模拟分析
2.1放煤仿真模拟过程
采用不同采高下的模型进行放煤作业，在不同的放煤步距下分别进行放煤过程模拟，对顶煤的放出率进行统计分析。为对比不同步距对放煤效果的影响作用，对模型中间位量16m范围内进行放媒统计，在一采一放时需进行20次放煤作业，两采一放时进行10次放煤作业，三采一放时约进行7次放煤作业。
在放煤模拟过程中，在初始模型中进行移架作业，步距分别为0.8、1.6、2.4 m，顶煤及上覆岩层的垮落至稳定状态时打开放煤口进行放煤作业，当放煤口见矸后关闭。此时关闭放煤口会造成一定的顶煤损失，应进行一定时间的持续放煤，这样会造成含矸率及顶煤放出率同时增加，在含矸率满足一定条件的情况下，可以通过这样操作提高顶煤的采出效果。
对不同采高下，以不同步距进行放煤模拟时，通过对放煤过程进行观测可以看到，在放煤过程中，由于支架上方的顶煤的堆积逐渐增加，会将放煤口附近的矸石向采空区后方位置挤压，从而造成煤矸分界线的斜率逐渐减小，从而使得每次放煤的时间增长。
2.2放煤仿真模拟结果分析
对倾斜煤层不同放煤方式进行模拟，对其放出的顶煤颗粒数进行统计，对比相同放煤方式下不同采高的顶煤放出量，得到顶煤的放出量变化如图3所示。
从图3-1中可以看出，在一采一放时，不同采高的采出量在初始过程中具有较大的波动性，顶煤的采出量并不是一次性的大量放出，而是呈周期性上升的变化，在到达较大值后会有较大的回落，并呈循环发展的方式。在一采一放时，采高为3.5 m时顶煤放出量的变化最大，其次为4.0 m，4.5 m时的变化最小，波动平稳。
从图3-2中可以看出，在两采一放时，在初始开采过程中，顶煤的放出量呈不断增加的趋势，在3.5 m采高时，顶煤采出在经过6次循环后达到最大值，然后再次降低；采高4 m时，顶煤的采出在分析过程中呈不断增加的趋势；采高为4.5 m时，顶煤采出在经过5次循环后下降较大，具有较大的波动，然后继续增加至第7个循环后呈下降分布。
从图3-3中可以看出，在三采一放时，在初始开采过程中，顶煤的放出量呈稳定增长的分布，且以3.5 m采高时的采出量最大，但后续呈下降的趋势；4.0 m采高时的采出量不断呈增长的分布，且具有较大的增长斜率；4.5 m采高时的采出量在第5个循环时呈急剧增加，然后斜率下降，增加变化不大。
对顶煤采出量的分析可知，在一采一放时循环采出量的变化范围为50~100，两采一放时循环采出量的变化范围为150~300，三采一放时循环采出量的变化范围为200~500。随着放煤步距的增加，则支架上方顶煤的活动范围越大，顶煤的放出空间越大，有利于顶煤的放出。
经过不同放煤方式的放煤后，对得到的顶煤总量的放出率进行分析，对不同放煤步距下不同采高的顶煤放出率进行统计，得到顶煤放出率的变化如图4所示。从图4中可以看出，在放煤过程中随着放煤步距的增加，则整体顶煤的采出率呈逐渐增加的趋势，这与上文的分析一致。其中，采高为3.5 m时，顶煤放出率曲线的变化不大，此时放煤步距的对顶煤放出率的影响较小；其余两种采高时，顶煤放出率曲线的增加较多，且两者的放出率最大值相差不大，考虑到三采一放工艺实施的复杂性较大，选择适合煤层的放煤参数为采高4 m进行两采一放，此时得到的顶煤放出率与最大值相差不大，降低了工艺难度。
3结论
1）倾斜煤层是较复杂的难开采煤层，放煤参数的不同对开采效果具有重要的影响，建立倾斜煤层的PFC分析模型，对其放煤过程进行模拟分析。
2）在三种放煤方式下对不同采高时的放煤过程进行模拟分析，结果表明，随着放煤步距的增加，则顶煤的活动空间增加，顶煤的放出量呈逐渐增加的趋势。
3）经过对顶煤采出率的分析，选择合理的放煤参数为采高4 m时进行两采一放的放煤方式，此时即可得到较好的采出率，同时降低了施工的难度。
参考文献
[1]谢晓深，侯恩科，龙天文，等.浅埋缓倾斜煤层开采覆岩及地表裂缝发育规律与形成机理[J].西安科技大学学报，2022，42（2）：200-209.
[2]赵丹.开采区段高度对急倾斜煤层开采的影响分析[J].山西冶金，2021，44（4）：137-138.
[3]徐经宙.急倾斜煤层综采工作面回采工艺优化设计[J].山西化工，2021，41（4）：102-103.后台-系统设置-扩展变量-手机广告位-内容正文底部 -
本文标签：
倾斜煤层放煤工艺参数的选择分析论文
人参与 2024-10-24 11:05:21 分类 : 理学 点这评论 作者：团论文网 来源：https://www.tuanlunwen.com/
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