放顶煤工作面顶煤破碎机理研究

添加人：admin 发布时间：2015/7/17 8:45:08 来源：中国破碎机网

　　采用放顶煤方法开采缓倾斜特厚煤层，尤其是开采厚度为6，1以上的不稳定煤层，与分层开采方法相比较，具有生产相对集中，开采强度可达13.512，巷道工程量可减少60左右，资源回收率达87等明显的经济效益。我国自1984年引进综采放顶煤技术以来，现已在全国大面积使用此开采方法，并取得了较好的技术经济效果。但是，经过近20年的放顶煤的生产实践，也确有相当部分工作面的效益不太理想。据统计分析，在放顶煤工作面中，影响生产的已不是割煤和移架工序，而是放煤工序。影响放煤效果的因素很多，但主要是顶煤的破碎程度。因此，研究放顶煤工作面煤岩破碎机理尤为重要，分析顶煤变形和影响顶煤破碎的主要因素具有重要的实际意义。
　　1工作面上覆岩层移动特点1.1岩层移动和胃落特征顶板岩层的位移量包括水平位移和垂直位移，但垂直位移量般较大。与分层开采相比，放顶煤开采的顶板下沉量较大，顶板中同岩层的下沉量明显增加，在煤层厚度为9时，与分层开采条件下相比，般可达2.2倍。在煤壁和前方的竖直面上，上部岩层的移动先于下部，越往上部的岩层开始移动的点越靠前，如果将开始移动点连线后，它的倾角约为71左右，倾向工作面前方。在距工作面煤壁15，左右，顶板岩层垮落后的碎胀系数为1.35.煤壁处顶板下沉童可达20，1胃，在工作面后方60 8，01处趋于稳定。
　　煤壁前方上覆岩层的断裂位置越往上部越前移，其折断角约65左右，倾向采空区。上覆岩层冒落总厚度可达4565m，在冒落厚度达22m的岩层处，约为采出厚度的2.4倍，可形成结构。顶板岩层出现两条裂隙。条在煤，前方1.5m处，贯穿整个已冒落岩层；条在顶板上部已冒落的岩层中，距煤壁约5，1处。此外，在冒落的直接顶中，约12，1处，为采出厚度的1.33倍，可形成拱形结构。需要指出的是，在放顶煤时，若上方顶板不能随之冒落，则后方冒落的矸石有向工作面翻滚的现象。
　　1.2支承压力分布特点在工作面从切眼向前推采的初期，由于悬露跨度较小，煤壁前方支承压力峰值亦小。随着工作面也随之增大，当推进定距离之后，逐渐趋于稳定。
　　由实测得知，在初采阶段，应力集中系数尺与采煤循环次数存在相关关系，相关系数为0.775，况为255次，关系式为当超过120后，欠趋于稳定。这说明上覆岩层已形成稳定结构。在煤层底板中测到值最大2影响顶煤破碎效果的主要因素2.1开采深度很显然，垂直应力，与采深好成正比关系。若视其他条件相等，根据计算剪切裂碎度的分布1.从中得知，当，200，时，工作面前方的顶煤均实现预破碎，并且随着采深的增大，顶煤的极限平衡区范围也将扩大。顶煤整体裂碎度与煤体破坏的实质是其所受的应力超过其强度极限。因而，般说来，煤体强度愈大，就愈难破坏，强度准则为必内摩擦角；c内聚力。
　　此式明，和54愈大，单向抗压强度也愈大，煤体也难以破坏。若用强度系数煤体的抗压强度艮，由计算得到，与和心的关系，其关系式为小，均成线性关系，般当2时，只利用矿压作用，顶煤已难以破碎，当名1.6时，矿压破煤效果较好，2.
　　2.3支护强度顶煤在不同的支架阻力作用下，其破煤效果是不同的。经调整支架阻力后发现，支架阻力较小时，顶煤易于在煤壁上方和支架前部发生破坏；当支架阻力较大时，顶煤易在支架后部发生破坏，并且支架阻力愈大，其破坏程度愈高，破碎范围也愈大。但在厚度方向上，下部受支架阻力影响较大，般在下部23，范围内影响较为明显，上部几乎不受支架阻力的影响，同时对超前煤体中顶煤的破碎效果影响较小。顶煤整体裂碎度与支护强度的相关关系可写为2.4煤层厚度般来讲，如果煤层的强度较低，顶煤厚度愈大，愈易产生剪切破坏和水平位移，使极限平衡区范围增大。由前述知，支架对顶煤破坏的作用范围为23，1.因此，若顶煤厚度小于231时将相当于伪顶样极不易维护，会常发生架前冒空和煤壁片帮现象。因此，在支护区上方顶煤要有定的厚度，对工作面工作空间顶板稳定性是有利的。但顶煤厚度加大后，顶煤的裂碎度就要降低，相当于塑性垫层加大，缓冲和吸收了来自上方及支架的作用力，顶煤整体裂碎度心与煤层厚度1的相关关系为综合好艮户财等因素的作用，其关系式可195.65，FB=4，F=40.89，F，=19.33根据方差分析，各因素的影响程度是不同的，按其强弱分别为煤层强度，采深，支护强度和煤层厚度。
　　3顶煤位移分区随着工作面的推进，变承压力对顶煤的作用过程为个加载和卸载的过程。距工作面较近的顶煤在加载过程中，当载荷大于煤体强度时，顶煤发生破裂，产生塑性区。位于塑性区前面的顶煤在弹性区内，由于处于向应力状态，煤体虽有破裂，但仍能保持完整状态时的力学特性，并将贮存部分弹性能，在应力增高区的塑性带内也将如此。由于应力增量压缩区的内部边界处可能产生的剪切断裂导致压缩区内发生裂隙破坏，且因煤层仍未失去完整性，而产生弹性变形，由此贮存部分弹性能。应力减弱区可视为支承压力卸载区，在此区内所贮存的弹性能将得到释放。此外在卸载过程中应力状态将发生变化，随之煤层的抗压强度急剧降低，释放能可使煤体发生再次破碎。
　　根据顶煤中的应力变形和破坏发展的基本规律，可洽走拘分为个区，3.即，完整区该区段的顶煤处于弹性变形阶段，尚未发生破坏。
　　2〉，破坏发展区煤体已发生破坏，进入塑性变形阶段，随着应力值的减小，其应变值不断扩大，顶煤中的裂隙得到扩展，但仍保持其相对的完整。
　　载作用，顶煤中的裂隙进步发展，并伴有新的裂隙产生，但仍具有定的连续性，尚未完全破坏。
　　人破碎区顶煤进人完全破坏，裂隙发育充分，丧失连续性而冒落成为松散块体。该区内的破碎程度受松散空间和支架阻力的影响较大。
　　4结论支承压力对顶煤起着预压裂作用。当煤体中的内力超过其强度极限时，煤体将产生裂隙，由于前方煤体处于向应力状态，仍能保持完整性。
　　工作面支架的反复支撑，可使23，1范围架对顶煤可起到辅助破煤作用，同时还可起到松动顶煤的作用。
　　梅据顶煤中的应力变形和破坏发展的规律，可沿走向方向分为个区，即完整区破坏发展区裂隙发育区和破碎区。
　　刘新河。壁式采场上植岩层力学结构分析。黄金，2000，21艾德生。综放面放顶煤方式的试验研究幻。河北煤炭，200李鸿昌。矿山压力的相似模拟试验械。徐州中国矿业大学出有限公司采矿设计工程师。
　　收稿日期2004 0407；编辑吕桂安时北省端岌科技信息暨邋讥板道工作会召开本刊讯2004年5月2628日，河北省煤炭科技信息暨通讯报道工作会在济南召开，我省煤炭行业从事科技及宣传工作的代40余人参加了会议。省煤矿安全监察局主管部门领导到会并讲了话。会议就加强煤炭科技信息及通讯报道工作和进步办好报刊河北煤炭冀煤信息展开了讨论，并提出建议，最后对通讯报道先进单位及优秀通讯员进行了彰。