含夾矸厚煤層綜放開采頂煤冒放的數(shù)值模擬

1、煤炭科技!表4產(chǎn)品指標(biāo)灰分（%）產(chǎn)率（%）產(chǎn)量（萬(wàn)噸）精煤中煤煤泥矸石10.52447244384.3441121.6792243.1銷售收入分別（矸石銷售忽略不計(jì)）為：精煤：47×160075200萬(wàn)元；商品煤：84.3萬(wàn)噸灰分24%的中煤與84萬(wàn)噸灰分35%的原煤剛好可以配成灰分30%的商品煤168.3萬(wàn)噸。則168.3×600100980萬(wàn)元；煤泥：21.6×含夾矸厚煤層綜放開采葛春貴2004320萬(wàn)元；合計(jì)銷售收入為180500萬(wàn)元。2.產(chǎn)品結(jié)構(gòu)優(yōu)化前后效益比較（見表5）表5入洗比例（%）精煤產(chǎn)量發(fā)運(yùn)總量（萬(wàn)噸）銷售收入（萬(wàn)元）噸煤收入（元）(萬(wàn)噸)40.

2、347一、工作面的地質(zhì)條件8102工作面是渦北礦首采工作面。81、82煤采用聯(lián)合綜放開采，跟82底板回采，工作面平均割煤高度為6070239.7236.9176720180500631644由表5可以看出：優(yōu)化后，噸原煤銷售收入比優(yōu)化前增加了13元，銷售收入增加3780萬(wàn)元；優(yōu)化后，發(fā)運(yùn)量減少了2.8萬(wàn)噸，降低了運(yùn)輸費(fèi)用，并減少了使用單位的廢渣、廢氣的排放，社會(huì)效益明顯；原煤入洗比例直接受到精煤銷售市場(chǎng)的影響較大。2.7m，平均放煤高度為6.11m，工作面采放比為1:2.26。煤層賦存較穩(wěn)定，為黑色粉末狀、碎塊狀，黑色條痕，玻璃光澤，半亮、光亮型，局部含少量黃鐵礦顆粒。81、82煤之間有一層厚

3、0.82.0米的夾矸，平均厚1.54米，巖性為泥巖，粉砂質(zhì)泥巖。頂?shù)装寤厩闆r。直接頂為泥巖，0.20.92m，灰深灰色，塊狀層狀泥巖，里段局部為粉砂巖。老頂為砂巖，3.產(chǎn)品結(jié)構(gòu)優(yōu)化可行性分析一是有資源優(yōu)勢(shì)。任樓煤礦煤種屬于1/3焦煤，中等煤化程度，是一種粘結(jié)性較強(qiáng)的煤，也是煉焦配煤中主要基礎(chǔ)煤之一。而我國(guó)煉焦煤資源相對(duì)較少，煉焦煤儲(chǔ)量?jī)H占煤炭總儲(chǔ)量的26.25%，其中強(qiáng)粘結(jié)性煤稀缺，占總儲(chǔ)量不到9%，因此煉焦煤價(jià)格水平相對(duì)較高。二是有市場(chǎng)優(yōu)勢(shì)。任樓煤具有“低硫、低磷、中灰、高揮發(fā)分”的特點(diǎn)，被譽(yù)為“綠色煤炭”，主要銷往江浙滬皖等地，受到廣泛歡迎。經(jīng)過(guò)多年經(jīng)營(yíng)，精煤銷售已形成市場(chǎng)網(wǎng)絡(luò)。三是煤炭

4、可選性。任樓煤礦生產(chǎn)的原煤灰分雖然偏高，但是在1.51523m，灰灰白色，中厚厚層狀，細(xì)中粒砂巖以石英長(zhǎng)石為主，硅、鐵質(zhì)膠結(jié)裂隙發(fā)育。直接底為泥巖，深灰灰色，中厚層狀泥巖，局部含一層0.140.41m煤線，且含植物化石及菱鐵質(zhì)?；镜诪樯皫r010.82m，灰深灰色，中厚層狀細(xì)粉砂巖，以石英長(zhǎng)石為主，性硬。二、含夾矸層厚煤層頂煤冒放性的理論分析厚煤層中存在夾矸層是較為普通的現(xiàn)象，但夾矸層的層數(shù)、層位、厚度和強(qiáng)度等都是復(fù)雜而隨機(jī)的。以下分析夾矸層類型及其對(duì)頂煤冒放性的影響。按照夾矸在厚煤層中所處的位置進(jìn)行分類，可分為上位夾矸（頂煤上1/3處）、中位夾矸（頂煤中1/3處）和下位夾矸（頂煤下1/3處）

5、。在夾矸厚度較小時(shí)，工作面推進(jìn)同時(shí)頂煤及時(shí)垮落；隨著夾矸厚度的增加，達(dá)到一定極限值時(shí)，夾矸垮落塊度大于放煤口尺寸，對(duì)放煤造成不利影響；當(dāng)夾矸厚度相當(dāng)大時(shí)，夾矸形成了阻礙頂煤放出的隔離帶。當(dāng)夾矸的強(qiáng)度極限低于頂煤的強(qiáng)度極限時(shí)，夾矸的煤體與頂煤的膠結(jié)性差，成為頂煤的弱面，夾矸和頂煤均隨著支架前移而及時(shí)冒落放出，此時(shí)頂煤的冒放性好。當(dāng)夾矸的強(qiáng)度極限高于頂煤的強(qiáng)度極限時(shí)，頂煤整體剛度增大，夾矸強(qiáng)度越大頂煤越難冒落，綜放工作面由于受到1.8密度級(jí)的中間產(chǎn)物含量不高（約8%左右），可選性較好，因此具備擴(kuò)大洗選精煤生產(chǎn)的基本條件。四是易發(fā)揮產(chǎn)能優(yōu)勢(shì)。原煤入洗比例達(dá)70%時(shí)，正好滿足選煤廠的產(chǎn)能要求，可以做到

6、煤礦不增產(chǎn)，也能增收。五是有技術(shù)保障。近幾年，我國(guó)洗選技術(shù)雖然起步晚，但整體發(fā)展較快。任樓選煤廠正在不斷采用新技術(shù)、新工藝，加強(qiáng)培訓(xùn)、提高素質(zhì)、自主創(chuàng)新、持續(xù)改進(jìn)，走優(yōu)質(zhì)高效之路。六是適應(yīng)社會(huì)環(huán)境要求。洗選過(guò)程可以排掉一部分硫鐵礦等有害雜質(zhì)，減少環(huán)境污染。任樓選煤廠目前原煤入洗比例約為60%左右，精煤產(chǎn)率僅在24%左右，仍然有較大的提升空間。通過(guò)對(duì)洗選產(chǎn)品結(jié)構(gòu)的優(yōu)化，加大原煤洗選加工力度，既發(fā)揮了選煤廠的效能，也為用戶提供了適合的煤炭產(chǎn)品，擴(kuò)大了市場(chǎng)占有率，達(dá)到產(chǎn)品價(jià)值最大化的目的。（作者單位：皖北煤電集團(tuán)公司）責(zé)任編輯：潘勇522009年第5期煤炭科技1.5m處上方夾矸內(nèi)及下邊界有拉剪應(yīng)力，

7、為2MPa，上位頂煤中拉剪應(yīng)力最大值達(dá)4MPa，控頂區(qū)內(nèi)沒有拉剪和壓剪應(yīng)力區(qū)，煤壁向前上位頂煤中有拉應(yīng)力區(qū)，但梯度變化小，1.0m軟夾矸的情況下，煤壁前方1.02.5m處上方夾頂煤冒放的數(shù)值模擬夾矸的影響，老頂?shù)膩?lái)壓步距和來(lái)壓強(qiáng)度比沒有受到影響工作面的均有所增加，含夾矸頂煤移動(dòng)顯著增加的位置較不含夾矸層的煤層更接近煤壁，因?yàn)閺?qiáng)度較高的夾矸阻礙了老頂及直接頂?shù)奈灰?，造成頂煤破碎不充分，使得頂煤冒落困難。頂煤為軟煤，夾矸厚度為1.5m時(shí)，劃分塊度為矸內(nèi)及上邊界有拉剪應(yīng)力，為2MPa，上位頂煤中拉剪應(yīng)力最大值達(dá)4MPa，控頂區(qū)內(nèi)沒有拉剪和壓剪應(yīng)力區(qū)，煤壁向前上位頂煤中有拉應(yīng)力區(qū)，但梯度變化小，1.0

8、m軟夾矸比1.5m軟夾矸破碎效果好，并且提前破碎，0.5m厚軟夾矸的情況下，煤壁前方1.0m處上方夾矸已處于破碎狀態(tài)，上位頂煤中有拉剪應(yīng)力區(qū)，控頂區(qū)沒有拉剪和壓剪應(yīng)力區(qū)，比1.0m和1.5m破碎效果好。剪應(yīng)力可由最大主應(yīng)力和最小主應(yīng)力的函數(shù)關(guān)系式來(lái)表示，支承壓力峰值區(qū)的頂煤和夾矸的強(qiáng)度不斷降低，夾矸處于頂煤下部時(shí)，其主應(yīng)力差值最大，此時(shí)夾矸受較大剪應(yīng)層煤矸所受的主應(yīng)力差最大，即發(fā)生剪切破斷，控頂區(qū)的主應(yīng)力（最大主應(yīng)力和最小主應(yīng)力）迅速降低，整體剛度降低，破斷塊度小，破斷效果好，使得頂煤冒落順暢。而當(dāng)夾矸處于頂煤中部和上部時(shí)，主應(yīng)力差值變化幅度較下位時(shí)低，夾矸破斷效果差，塊度大，或形成懸臂梁結(jié)構(gòu)

9、，造成頂煤冒放性差，給放煤造成很大困難。1.5m×0.9m，頂煤劃分的塊度為0.83m×0.42m；夾矸厚度為0.5m時(shí)，劃分塊度為0.5m×0.3m，頂煤劃分的塊度為0.98m×0.49m。直接頂劃分為15m×1m和2m×1m的塊體,模擬老頂斷裂步距為20m。此外，為了分析夾矸不同強(qiáng)度和不同開采深度（H=420m，H=550m，H=680m）條件下含夾矸層煤層頂煤破斷失穩(wěn)的情況，對(duì)模型中的部分?jǐn)?shù)值模擬條件或參數(shù)進(jìn)行了相應(yīng)調(diào)整，以模擬分析不同頂煤中條件下頂煤的應(yīng)力分布特征、位移分布特征和破壞特征。2破壞場(chǎng)分析工作面上方頂煤幾乎全部進(jìn)入

10、破壞狀態(tài)，在綜放支架支撐壓力作用下，支架上方靠近采空區(qū)側(cè)的頂煤先發(fā)生張拉性破壞，煤壁前方1m范圍內(nèi)夾矸受到前方煤巖下沉引起的彎距作用而發(fā)生張拉性破壞，隨著基本頂?shù)牟粩嘞鲁?，壓剪與拉剪破壞區(qū)不斷向煤體內(nèi)部發(fā)展，在煤壁前方與支架上方煤體中可看見有明顯的壓剪楔形滑移帶分布。煤壁前方支承壓力峰值區(qū)頂煤進(jìn)入塑性狀態(tài)，塑性區(qū)頂煤的位移不斷增大，而其承載能力卻持續(xù)降低。三種情況的對(duì)比分析，中位夾矸時(shí)，頂煤整體剛度增大，頂煤的塑性區(qū)分布范圍小，軟頂煤對(duì)夾矸起到墊層緩沖的作用，夾矸破碎程度差，決定了頂煤冒放性不佳。由此可見，當(dāng)夾矸處于煤層中上部時(shí)，頂煤的破碎程度低，冒放性差，當(dāng)夾矸直接位于支架上方，支架的反復(fù)支

11、承使夾矸破碎的充分，隨工作面的推進(jìn)，而及時(shí)冒落，對(duì)頂煤的放出并無(wú)影響。三、數(shù)值模擬結(jié)果分析1應(yīng)力場(chǎng)分析（1）垂直應(yīng)力。垂直應(yīng)力對(duì)含夾矸層頂煤起到了遇破壞的作用，決定了頂煤到達(dá)煤壁上方時(shí)的破碎程度。1.5m厚硬夾矸煤壁前方8m19m處垂直應(yīng)力處于峰值段位置即支承壓力峰值區(qū)，在煤壁前方19m30m垂直應(yīng)力迅速降低，30m朝前垂直應(yīng)力緩慢趨于原巖應(yīng)力值。1.5m中硬夾矸煤壁前方11m25m處垂直應(yīng)力處于峰值段位置即支承壓力峰值區(qū)，在煤壁前方25m33m垂直應(yīng)力迅速降低，33m朝前垂直應(yīng)力緩慢趨于原巖應(yīng)力值。1.5m軟夾矸煤壁前方22m處垂直應(yīng)力達(dá)到峰值點(diǎn)，垂直應(yīng)力小于1.5m硬夾矸和中硬夾矸垂直應(yīng)力

12、值，1.5m硬夾矸和中硬夾矸的支撐壓力峰值比1.5m軟夾矸的峰值大3位移場(chǎng)分析在工作面采動(dòng)和基本頂回轉(zhuǎn)下沉影響下，頂煤運(yùn)移始動(dòng)點(diǎn)起于煤壁前方較遠(yuǎn)處，支架上方頂煤的垂直位移大于水平位移，頂煤垂直位移梯度增大，越靠近采空區(qū)其垂直位移量越大且達(dá)到最大值，實(shí)際情況為綜采面支架后部位置散體頂煤的垮落。在上位夾矸情況下，破斷塊度小的頂煤下沉速度要快于破斷塊度大的夾矸，移架同時(shí)頂煤塊體先于夾矸塊體到達(dá)放煤口，對(duì)頂煤的冒落放出并無(wú)影響。而在中位夾矸條件下，夾矸下面的頂煤隨著移架順利快速放出，與中15MPa左右，硬夾矸和中硬夾矸支承壓力峰值區(qū)靠近煤壁并且很窄，軟夾矸的峰值區(qū)扁平且遠(yuǎn)離煤壁。由此可見，1.5m厚硬

13、夾矸和中硬夾矸的支承壓力呈現(xiàn)出硬頂煤的支承壓力特征。含1.5m軟夾矸層的厚煤層的支承壓力呈現(xiàn)出軟頂煤的支承壓力特征。（2）剪應(yīng)力。1.5m厚軟夾矸的情況下，煤壁前方0.52009年第5期53古越人在蕪湖因水而創(chuàng)造的科技文明王蕪湖地處長(zhǎng)江、青弋江交匯處，區(qū)域內(nèi)濕地面積廣袤，因鳩鳥多棲息于茲，故古稱鳩茲。漢武帝元封二年建縣，因縣轄之內(nèi)有湖且多生蕪藻，故取名蕪湖，并延用至今。蕪湖古屬揚(yáng)州，早期居民屬于古越族的支系部族，確切地說(shuō)應(yīng)為揚(yáng)越人。近年來(lái)中國(guó)科學(xué)院在蕪湖繁昌痖楨在生產(chǎn)生活中不斷加深對(duì)水的認(rèn)識(shí)，千百年來(lái)因水創(chuàng)造了很多在中國(guó)乃至世界科技史上都占有一定地位的科技文明。痢山人字洞發(fā)現(xiàn)了距今200240

14、萬(wàn)年前亞洲古人類活動(dòng)的遺跡，似可看作古越人之源。到三國(guó)時(shí)期，東吳政權(quán)的撫越將軍領(lǐng)丹陽(yáng)太守諸葛格派兵到皖南山區(qū)擄掠來(lái)十萬(wàn)之眾的山越人至蕪湖從事墾田工作，從此蕪湖既有了揚(yáng)越人又有了山越人。蕪湖多水的地理環(huán)境，使古越人一、古代蕪湖的水上交通建設(shè)也許是蕪湖濕地面積廣袤的緣!位夾矸形成離層，中間夾矸破斷不充分，破斷塊度大，因夾矸塊體下降速度要比上方頂煤的下降速度慢，對(duì)頂煤體產(chǎn)生阻礙作用，夾矸以上頂煤滯后冒落，故頂煤的冒放性變差。易于發(fā)生剪切破斷。隨著不同層位頂煤深度的增加，最大主應(yīng)力值也隨之增加，頂煤愈加破碎。在工作面采動(dòng)和基本頂回轉(zhuǎn)下沉影響下，頂煤運(yùn)移始動(dòng)點(diǎn)起于煤壁前方較遠(yuǎn)處，支架上方頂煤的垂直位移大

15、于水平位移，頂煤垂直位移梯度增大，越靠近采空區(qū)其垂直位移量越大且達(dá)到最大值，實(shí)際情況為綜采面支架后部位置散體頂煤的垮落。在中位夾矸條件下，夾矸下面本文采用UDEC3.1軟件，通過(guò)變化頂煤體中夾矸的層位、深度、厚度和強(qiáng)度條件，對(duì)頂煤和夾矸的應(yīng)力場(chǎng)、位移場(chǎng)和破壞場(chǎng)的分布特征進(jìn)行了數(shù)值模擬分析，得出以下結(jié)論。垂直應(yīng)力對(duì)含夾矸層頂煤起到了遇破壞的作用，是頂煤破壞的源動(dòng)力。1.5m厚硬夾矸和中硬夾矸的支承壓力呈現(xiàn)出硬頂煤的支承壓力特征。含1.5m軟夾矸層的厚煤層的支承壓力呈現(xiàn)出軟頂煤的支承壓力特征。煤壁上隅角有剪應(yīng)力集中區(qū)域，并且剪應(yīng)力梯度變化幅度大，控頂區(qū)幾乎沒有剪應(yīng)力存在。高強(qiáng)度夾矸基本上出現(xiàn)的為壓剪應(yīng)力，而拉剪應(yīng)力區(qū)少；中等強(qiáng)度夾矸的拉剪應(yīng)力與壓剪應(yīng)力均存在。中等強(qiáng)度夾矸的最大剪應(yīng)力值較高強(qiáng)度夾矸的最大剪應(yīng)力值要大，夾矸和頂煤的破斷效果好，易于冒落與放出。當(dāng)夾矸處于頂煤下位時(shí)，其主應(yīng)力差值較中、上位時(shí)大，此時(shí)夾矸受較大剪應(yīng)力即的頂煤隨著移架順利快速放出，與中位夾矸形成離層，中間夾矸破斷不充分，破斷塊度大，因夾矸塊體下降速度要比上方頂煤的下降速度慢，對(duì)頂煤體產(chǎn)生阻礙作用，夾矸以