众所周知,提高煤炭回收率一直是综放开采技术研究中的主题之一。在特厚煤层(14~20m)综放开采条件下,顶煤的放落流动规律、煤矸放落流动中的成拱结构效应以及顶煤损失规律对于合理确定放煤工艺参数和相关技术措施,进一步提高顶煤回收率具有重要意义。为此,本文以大同矿区塔山煤矿3-5煤层地质条件为依据,采用理论分析、数值模拟和现场实测的方法,深入分析了特厚煤层条件下煤矸流场的变化规律,特别是流场中拱结构的形成与失稳规律及其对煤矸流动形态和顶煤损失的影响,为确定合理放煤工艺参数,减少资源损失提供了依据。(1)揭示了特厚煤层顶煤的裂隙发育状态和块度分布特征。实测分析了塔山煤矿8103综放工作面在0~4m、4~8m和8~12m三个层位顶煤的裂隙发育状态,得到了特厚煤层顶煤的块度分布特征:上位顶煤块度最小,下位顶煤块度其次,中位顶煤块度最大。表明中位顶煤的破坏程度直接决定了顶煤的放出效果。(2)提出了特厚煤层综放开采煤矸放落流动过程中的动态随机拱概念:动态随机拱是综放开采过程中破碎顶煤和矸石在放落流动过程中形成的,其形成时间、位置和形成的形状皆具有随机特性,因而可把在动态放煤过程中因块度差异及支架掩护梁等边界条件限制形成的具有随机特征的煤矸拱结构称为动态随机拱效应。动态随机拱的影响因素包括煤矸块度、拱结构跨度、水平方向约束力等,构建动态随机拱力学模型,分析了动态随机拱的成拱条件及稳定性特征。(3)得出了动态随机拱具有上位、中位、下位拱三种结构类型,通过数值模拟分析了三种层位拱的结构稳定性从下位、中位到上位拱结构依次降低,而且成拱占比分别为70.1%、25.2%、3.94%,;分析了不同拱结构对顶煤损失的影响规律,得出动态随机拱造成顶煤流动性下降,顶煤损失量因拱上方顶煤量的多少而异,而移架后造成煤矸分界线后移、顶煤冒落进入不可放区域、煤矸混合造成顶煤损失量较大;分析得到下位全煤拱结构、下位煤矸拱结构、中位全煤拱结构对顶煤回收影响最大,是重点控制对象。(4)对特厚煤层综放开采顶煤损失可控区进行分类,得出顶煤损失主要包括拱结构形成造成的顶煤损失、矸石侵入造成的损失和不可放出区域顶煤损失。根据拱结构层位及稳定性特点,提出动态随机拱的处理措施,包括抽动插板、支架强扰动和补位放煤方式等;采用合理放煤工艺能够减小煤矸混合度,提高顶煤回收率;对不可放区域采用导煤装置减少顶煤损失,可提高顶煤回收率。(5)现场实测分析得出,采用摆动尾梁、支架强扰动、补位放煤三种破拱方式可分别破坏平均32%、88%和91%的拱结构,是较为有效的破拱方式。同时采用顶煤预裂爆破技术后,大块度平均减小9%左右,成拱次数减小30%,顶煤回收率提高了1.8%。确定机采高度3.5m,放煤步距0.8m,双轮顺序放煤的放煤工艺。现场实测表明,顶煤回收率达84.16%,现场应用取得较好的技术效果。该论文有图54幅,表13个,参考文献129篇。