含夹矸厚煤层综放开采顶煤冒放的数值模拟

1、煤炭科技!表4产品指标灰分（%）产率（%）产量（万吨）精煤中煤煤泥矸石10.52447244384.3441121.6792243.1销售收入分别（矸石销售忽略不计）为：精煤：47×160075200万元；商品煤：84.3万吨灰分24%的中煤与84万吨灰分35%的原煤刚好可以配成灰分30%的商品煤168.3万吨。则168.3×600100980万元；煤泥：21.6×含夹矸厚煤层综放开采葛春贵2004320万元；合计销售收入为180500万元。2.产品结构优化前后效益比较（见表5）表5入洗比例（%）精煤产量发运总量（万吨）销售收入（万元）吨煤收入（元）(万吨)40.

2、347一、工作面的地质条件8102工作面是涡北矿首采工作面。81、82煤采用联合综放开采，跟82底板回采，工作面平均割煤高度为6070631644由表5可以看出：优化后，吨原煤销售收入比优化前增加了13元，销售收入增加3780万元；优化后，发运量减少了2.8万吨，降低了运输费用，并减少了使用单位的废渣、废气的排放，社会效益明显；原煤入洗比例直接受到精煤销售市场的影响较大。2.7m，平均放煤高度为6.11m，工作面采放比为1:2.26。煤层赋存较稳定，为黑色粉末状、碎块状，黑色条痕，玻璃光泽，半亮、光亮型，局部含少量黄铁矿颗粒。81、82煤之间有一层厚0.82.0米的夹矸，平均厚1.54米，岩性

3、为泥岩，粉砂质泥岩。顶底板基本情况。直接顶为泥岩，0.20.92m，灰深灰色，块状层状泥岩，里段局部为粉砂岩。老顶为砂岩，3.产品结构优化可行性分析一是有资源优势。任楼煤矿煤种属于1/3焦煤，中等煤化程度，是一种粘结性较强的煤，也是炼焦配煤中主要基础煤之一。而我国炼焦煤资源相对较少，炼焦煤储量仅占煤炭总储量的26.25%，其中强粘结性煤稀缺，占总储量不到9%，因此炼焦煤价格水平相对较高。二是有市场优势。任楼煤具有“低硫、低磷、中灰、高挥发分”的特点，被誉为“绿色煤炭”，主要销往江浙沪皖等地，受到广泛欢迎。经过多年经营，精煤销售已形成市场网络。三是煤炭可选性。任楼煤矿生产的原煤灰分虽然偏高，但是

4、在1.51523m，灰灰白色，中厚厚层状，细中粒砂岩以石英长石为主，硅、铁质胶结裂隙发育。直接底为泥岩，深灰灰色，中厚层状泥岩，局部含一层0.140.41m煤线，且含植物化石及菱铁质。基本底为砂岩010.82m，灰深灰色，中厚层状细粉砂岩，以石英长石为主，性硬。二、含夹矸层厚煤层顶煤冒放性的理论分析厚煤层中存在夹矸层是较为普通的现象，但夹矸层的层数、层位、厚度和强度等都是复杂而随机的。以下分析夹矸层类型及其对顶煤冒放性的影响。按照夹矸在厚煤层中所处的位置进行分类，可分为上位夹矸（顶煤上1/3处）、中位夹矸（顶煤中1/3处）和下位夹矸（顶煤下1/3处）。在夹矸厚度较小时，工作面推进同时顶煤及时垮

5、落；随着夹矸厚度的增加，达到一定极限值时，夹矸垮落块度大于放煤口尺寸，对放煤造成不利影响；当夹矸厚度相当大时，夹矸形成了阻碍顶煤放出的隔离带。当夹矸的强度极限低于顶煤的强度极限时，夹矸的煤体与顶煤的胶结性差，成为顶煤的弱面，夹矸和顶煤均随着支架前移而及时冒落放出，此时顶煤的冒放性好。当夹矸的强度极限高于顶煤的强度极限时，顶煤整体刚度增大，夹矸强度越大顶煤越难冒落，综放工作面由于受到1.8密度级的中间产物含量不高（约8%左右），可选性较好，因此具备扩大洗选精煤生产的基本条件。四是易发挥产能优势。原煤入洗比例达70%时，正好满足选煤厂的产能要求，可以做到煤矿不增产，也能增收。五是有技术保障。近几年

6、，我国洗选技术虽然起步晚，但整体发展较快。任楼选煤厂正在不断采用新技术、新工艺，加强培训、提高素质、自主创新、持续改进，走优质高效之路。六是适应社会环境要求。洗选过程可以排掉一部分硫铁矿等有害杂质，减少环境污染。任楼选煤厂目前原煤入洗比例约为60%左右，精煤产率仅在24%左右，仍然有较大的提升空间。通过对洗选产品结构的优化，加大原煤洗选加工力度，既发挥了选煤厂的效能，也为用户提供了适合的煤炭产品，扩大了市场占有率，达到产品价值最大化的目的。（作者单位：皖北煤电集团公司）责任编辑：潘勇522009年第5期煤炭科技1.5m处上方夹矸内及下边界有拉剪应力，为2MPa，上位顶煤中拉剪应力最大值达4MP

7、a，控顶区内没有拉剪和压剪应力区，煤壁向前上位顶煤中有拉应力区，但梯度变化小，1.0m软夹矸的情况下，煤壁前方1.02.5m处上方夹顶煤冒放的数值模拟夹矸的影响，老顶的来压步距和来压强度比没有受到影响工作面的均有所增加，含夹矸顶煤移动显著增加的位置较不含夹矸层的煤层更接近煤壁，因为强度较高的夹矸阻碍了老顶及直接顶的位移，造成顶煤破碎不充分，使得顶煤冒落困难。顶煤为软煤，夹矸厚度为1.5m时，划分块度为1.5m×0.9m，顶煤划分的块度为0.83m×0.42m；夹矸厚度为0.5m时，划分块度为0.5m×0.3m，顶煤划分的块度为0.98m×0.49m。直接

8、顶划分为15m×1m和2m×1m的块体,模拟老顶断裂步距为20m。此外，为了分析夹矸不同强度和不同开采深度（H=420m，H=550m，H=680m）条件下含夹矸层煤层顶煤破断失稳的情况，对模型中的部分数值模拟条件或参数进行了相应调整，以模拟分析不同顶煤中条件下顶煤的应力分布特征、位移分布特征和破坏特征。2破坏场分析工作面上方顶煤几乎全部进入破坏状态，在综放支架支撑压力作用下，支架上方靠近采空区侧的顶煤先发生张拉性破坏，煤壁前方1m范围内夹矸受到前方煤岩下沉引起的弯距作用而发生张拉性破坏，随着基本顶的不断下沉，压剪与拉剪破坏区不断向煤体内部发展，在煤壁前方与支架上方煤体中可

9、看见有明显的压剪楔形滑移带分布。煤壁前方支承压力峰值区顶煤进入塑性状态，塑性区顶煤的位移不断增大，而其承载能力却持续降低。三种情况的对比分析，中位夹矸时，顶煤整体刚度增大，顶煤的塑性区分布范围小，软顶煤对夹矸起到垫层缓冲的作用，夹矸破碎程度差，决定了顶煤冒放性不佳。由此可见，当夹矸处于煤层中上部时，顶煤的破碎程度低，冒放性差，当夹矸直接位于支架上方，支架的反复支承使夹矸破碎的充分，随工作面的推进，而及时冒落，对顶煤的放出并无影响。三、数值模拟结果分析1应力场分析3位移场分析在工作面采动和基本顶回转下沉影响下，顶煤运移始动点起于煤壁前方较远处，支架上方顶煤的垂直位移大于水平位移，顶煤垂直位移梯度

10、增大，越靠近采空区其垂直位移量越大且达到最大值，实际情况为综采面支架后部位置散体顶煤的垮落。在上位夹矸情况下，破断块度小的顶煤下沉速度要快于破断块度大的夹矸，移架同时顶煤块体先于夹矸块体到达放煤口，对顶煤的冒落放出并无影响。而在中位夹矸条件下，夹矸下面的顶煤随着移架顺利快速放出，与中15MPa左右，硬夹矸和中硬夹矸支承压力峰值区靠近煤壁并且很窄，软夹矸的峰值区扁平且远离煤壁。由此可见，1.5m厚硬夹矸和中硬夹矸的支承压力呈现出硬顶煤的支承压力特征。含1.5m软夹矸层的厚煤层的支承压力呈现出软顶煤的支承压力特征。（2）剪应力。1.5m厚软夹矸的情况下，煤壁前方0.52009年第5期53古越人在芜

11、湖因水而创造的科技文明王芜湖地处长江、青弋江交汇处，区域内湿地面积广袤，因鸠鸟多栖息于兹，故古称鸠兹。汉武帝元封二年建县，因县辖之内有湖且多生芜藻，故取名芜湖，并延用至今。芜湖古属扬州，早期居民属于古越族的支系部族，确切地说应为扬越人。近年来中国科学院在芜湖繁昌痖桢在生产生活中不断加深对水的认识，千百年来因水创造了很多在中国乃至世界科技史上都占有一定地位的科技文明。痢山人字洞发现了距今200240万年前亚洲古人类活动的遗迹，似可看作古越人之源。到三国时期，东吴政权的抚越将军领丹阳太守诸葛格派兵到皖南山区掳掠来十万之众的山越人至芜湖从事垦田工作，从此芜湖既有了扬越人又有了山越人。芜湖多水的地理环

12、境，使古越人一、古代芜湖的水上交通建设也许是芜湖湿地面积广袤的缘!位夹矸形成离层，中间夹矸破断不充分，破断块度大，因夹矸块体下降速度要比上方顶煤的下降速度慢，对顶煤体产生阻碍作用，夹矸以上顶煤滞后冒落，故顶煤的冒放性变差。易于发生剪切破断。随着不同层位顶煤深度的增加，最大主应力值也随之增加，顶煤愈加破碎。在工作面采动和基本顶回转下沉影响下，顶煤运移始动点起于煤壁前方较远处，支架上方顶煤的垂直位移大于水平位移，顶煤垂直位移梯度增大，越靠近采空区其垂直位移量越大且达到最大值，实际情况为综采面支架后部位置散体顶煤的垮落。在中位夹矸条件下，夹矸下面本文采用UDEC3.1软件，通过变化顶煤体中夹矸的层位

13、、深度、厚度和强度条件，对顶煤和夹矸的应力场、位移场和破坏场的分布特征进行了数值模拟分析，得出以下结论。垂直应力对含夹矸层顶煤起到了遇破坏的作用，是顶煤破坏的源动力。1.5m厚硬夹矸和中硬夹矸的支承压力呈现出硬顶煤的支承压力特征。含1.5m软夹矸层的厚煤层的支承压力呈现出软顶煤的支承压力特征。煤壁上隅角有剪应力集中区域，并且剪应力梯度变化幅度大，控顶区几乎没有剪应力存在。高强度夹矸基本上出现的为压剪应力，而拉剪应力区少；中等强度夹矸的拉剪应力与压剪应力均存在。中等强度夹矸的最大剪应力值较高强度夹矸的最大剪应力值要大，夹矸和顶煤的破断效果好，易于冒落与放出。当夹矸处于顶煤下位时，其主应力差值较中、上位时大，此时夹矸受较大剪应力即的顶煤随着移架顺利快速放出，与中位夹矸形成离层，中间夹矸破断不充分，破断块度大，因夹矸块体下降速度要比上方顶煤的下降速度慢，对顶煤体产生阻碍作用，夹矸以上顶煤滞后冒落，故顶煤的冒放性变差。当夹矸为上位和下位时，对顶煤冒放性