综放开采松软顶煤落放规律的理论研究-岩石力学与工程学报.PDF

第21 卷 第4 期 岩石力学与工程学报 21(4) ：568～572 2002 年4 月 Chinese Journal of Rock Mechanics and Engineering April ，2002 综放开采松软顶煤落放规律的理论研究* 富 强 闫少宏 吴 健 (煤炭科学研究总院北京开采研究所 北京 100013) ( 中国矿业大学北京校区 北京 100083) 摘要 考虑放煤口位态影响，分别对高位及低、中位支架单口放出时松软煤矸的移动规律进行了理论探讨，提出 拱-椭球放出体、放出体轴线平均偏转角等新观点，并推导建立了相应的放出体及漏斗母线方程。 关键词 综放开采，放煤规律，椭球体理论 分类号 TD 823.92 文献标识码 A 文章编号 1000-6915(2002)04-0568-05 考虑放煤口不同位态，着重从理论上对高位及低、 1 引 言 中位支架单口放出时，松软煤矸移动规律进行探讨。 国内关于放煤规律的研究主要借鉴了冶金矿 2 高位支架单口放出散煤移动规律 床崩落法放矿的研究成果[1～8] 。然而，随着综放开 采技术的进一步发展和完善，特别是经历了由特厚、 2.1 拱-椭球放出体 厚煤层向较薄厚煤层(3.5～5.0 m)，高位、中位向低 综放开采的特点之一就是采用支架放煤。放煤 位放煤口支架连续放煤的转变，传统放煤椭球体理 口的大小、倾角、位置以及两侧散体的性质对顶煤 论的弊端越来越明显。其主要表现为：(1) 没有充 的放出均有一定的影响。实验室试验和离散元数值 分考虑顶煤顶板活动特性的影响。传统放煤椭球体 模拟表明，对于松软顶煤高位支架单口放出而言， 是在理想均匀松散介质和无边界条件约束的假设前 散煤的移动具有以下特点[9] ： 提下获得的，没有充分考虑不同顶煤顶板活动规律 (1) 放煤口轴线两侧散体顶煤和破碎矸石均匀 对块体松散破碎和放出规律造成的影响。(2) 没有 流动，在放煤口水平全断面放出。 充分考虑放出结构的影响。主要表现为：①其主要 (2) 放出体左右对称，当放煤高度H 与放出口 理论推导(甚至包括最小放出高度的确定)是建立在 直径D 之比H / D ＞4～5 时，可视为旋转椭球体。 放出口的尺寸、甚至于整个放煤支架的尺寸可以忽 (3) 矸石漏斗左右对称，在放煤口中心首先见 略，进而简化为数学意义上抽象的点的基础上完成 矸。 的。②大量的实验室散体试验没有摆脱金属矿有底 (4) 当放出高度较小，如H /D ＜1～2 时，放出 部结构自然崩落法放矿试验方法的束缚，或是采用 体近似呈左右对称的拱形。 水平、或是采用倾斜一定间距的放出口形式进行， 由此可见，当顶煤较厚时，放煤口对放出体的 忽略了放煤支架的存在和作用。(3) 没有充分考虑 影响较小，可以按传统放煤椭球体理论进行计算分 落放过程的影响。本文认为，放顶煤开采支架放煤 析。但当顶煤较薄时，放出体实际上无法发育成完 口上方散体顶煤的运移可以分为两种行为：一是支 整椭球体，仅为截头椭球体、半椭球体甚至呈拱形， 架前移散煤的下落行为；二是支架放煤口打开散煤 此时放煤口尺寸对放出体的形状有很大影响，不能 的放出行为。传统椭球体理论没有考虑支架前移破 再简化为一点。 碎煤矸的下落对下一次放出行为造成的影响。本文