“三软”特厚煤层综放开采顶煤和顶板运移规律研究

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目前综放开采是特厚煤层安全高效生产主要的采煤方法,但综放开采顶煤放出率低,造成采空区浮煤较多,存在自然发火隐患,顶煤及顶板运移规律复杂,这些都影响到矿井的安全高效生产。论文以义马煤矿13180综放面为论文背景,建立了PFC3D与UDEC数值模型,研究了该综放面顶板的破断过程与破断形态、顶板岩层的下沉规律和围岩应力场的分布规律,以及不同的放煤工艺对顶煤流动状态和放出率的影响。结合现场矿压观测数据,研究了老顶的初次来压步距和周期来压步距,以及综放支架工作阻力的适应性情况。最后,根据顶煤放出椭球体理论,定量分析了最大放煤高度,以模糊数学研究方法,研究了主采煤层的冒落难易程度,并利用关键层判别条件确定了关键层的位置。通过PFC3D和UDEC数值计算分析、现场实测及理论分析相结合的研究方法得出结论。该综放面老顶的初次垮落步距为40m左右,周期垮落步距为20m,并随着工作面开采距离的增加,顶板下沉量先逐渐增加并出现离层现象,达到最大值后基本不变,只是下沉曲线向深部延伸,综放面围岩也出现不同程度的卸压区和应力集中区;顶煤颗粒会形成稳定的速度场及二次松散区域,确定了一刀一放、间隔放煤和整层放顶煤为义马煤矿最佳的放煤工艺。义马煤矿使用的放顶煤液压支架,额定支护阻力比较高,富裕系数较大,能对13180综放工作面达到较好的支护效果,满足该工作面的矿压显现要求。以模糊数学研究方法确定了主采煤层的冒落难度中等,对该采面无需采取顶煤弱化处理,并且理论确定了石英砂岩层为关键层。论文研究对矿区的安全高效矿井建设具有重要的指导意义和参考价值。
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