綜放工作面端頭頂煤運移規律及放煤機理研究

《綜放工作面端頭頂煤運移規律及放煤機理研究》是依託山東科技大學，由臧傳偉擔任項目負責人的青年科學基金項目。

基本介紹

• 中文名：綜放工作面端頭頂煤運移規律及放煤機理研究
• 項目類別：青年科學基金項目
• 項目負責人：臧傳偉
• 依託單位：山東科技大學

項目摘要

本項目以實現綜放工作面端頭頂煤的順利放出和端頭安全支護為目標，以綜放工作面端頭頂煤（板）為研究對象，擬採用理論分析、數值模擬、現場觀測、室內試驗等方法，研究綜放面端頭放煤時的端頭頂板結構形式及運動規律，研究在端頭頂板運動、支承壓力、巷道支護和端頭支護共同作用下的端頭頂煤的破裂破碎過程、運移規律和放出規律。首先通過理論分析和室內試驗建立綜放面端頭頂板結構力學模型，並分析其在放煤條件下的結構穩定性及其運動規律；然後通過室內試驗和現場試驗觀測頂煤（板）的位移，結合數值模擬確定綜放面端頭頂煤在不同階段的破壞和運移規律；再者，通過理論分析和數值模擬，結合現場觀測確定綜放端頭頂煤的放出規律；最後分析綜放面端頭頂煤冒放性的影響因素，並確定冒放性與各個因素的關係，建立端頭頂煤冒放性分類與評價體系。項目的研究可進一步提高煤炭資源的回收率，為實現綜放面端頭安全放煤作業提供理論依據。

結題摘要

綜放開採技術是厚煤層開採中的一種高產高效方法，然後其回採率低的缺點仍然是限制其套用的瓶頸之一。其中，在工作面端頭附近，由於應力集中大、設備多，端頭頂煤通常丟棄在採空區，造成了資源浪費。為此，本課題針對綜放工作面端頭頂煤回收難、安全性差的難題，以端頭頂板（煤）為研究對象，運用理論分析、室內試驗、數值模擬以及現場試驗等方法，開展了大量的研究工作，獲得的主要研究成果有：（1）提出了端頭放煤時頂板大小結構模型，認為基本頂形成砌體梁結構（形成台階），上位直接頂為懸臂結構；端頭未放煤時，認為上位直接頂形成短砌體梁結構（形成台階），基本頂形成砌體梁結構；端頭上位直接頂和基本頂形成大結構；同時，認為端頭下位直接頂和頂煤會形成弧三角形懸板（小結構），並對懸板的穩定性進行了分析；（2）分析了端頭頂煤的破壞過程，將端頭頂煤分為六個階段、五個區域，即初始階段（完整區）、巷道掘進影響階段（大部分完整區、加錨區）、掘進穩定階段（大部分完整區、加錨區）、超前采動影響階段（破壞發展區、加錨破壞區）、端頭支架上方階段（破裂發育區、加錨破裂發育區）、端頭支架後方階段（冒落區、去錨冒落區）；（3）監測和模擬的端頭頂煤的運移過程，得到了位移變化曲線，發現端頭頂煤的變形分為緩慢增加段（彈性變形）、明顯增加段（塑性變形及破壞）、急劇增加段（破碎及冒落）等三部分，同時發現端頭頂煤位移的垂直分量大於指向採空區的水平位移分量；（4）模擬和分析了端頭頂煤的冒放過程，發現端頭頂煤的冒放性除了常規影響因素外，還和端頭支架阻力、巷道基本支護和超前支護、頂煤懸板尺寸有關，而且端頭頂煤的冒放仍基本符合橢球放礦規律；（5）計算分析了端頭支架的強度，發明了端頭過渡架自動割網裝置、簡易順槽放煤支架以及順槽放煤液壓支架，實現了端頭頂煤的放出；（6）分析了端頭頂煤對綜放沿空巷道圍岩穩定性的影響，提出了控制沿空巷道圍岩穩定性的原理和方法。總之，本課題的研究成果揭示了綜放面端頭頂板（頂煤）的運移規律，得到了綜放面端頭礦壓顯現規律，為綜放技術的發展奠定了基礎；同時，還研發了相應的裝備，實現了綜放端頭頂煤的安全順利放出，提高了綜放面的煤炭采出率，取得了顯著的技術經濟效果。