淺談頂煤放出規(guī)律

摘要：現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際觀切資料和實(shí)驗(yàn)室相似模型研究證實(shí)，頂煤從開(kāi)采底分層到最終放人工作面要經(jīng)歷四個(gè)主要過(guò)程。其中前三個(gè)過(guò)程都是保證最后-個(gè)過(guò)程頂煤能順利放出的前提。研究頂煤放出規(guī)律的目的在于選擇和確定合理的放煤工藝和放煤參數(shù)。放頂煤與金屬礦放礦學(xué)有相似的方面，但是由于各自所研究的對(duì)象及邊界條件不一樣，因而在放出規(guī)律、放煤(礦)工藝等方面存在著很大的差異。

關(guān)鍵詞：頂煤放出規(guī)律 放煤(礦)工藝

1、放頂煤回采工作面特點(diǎn)

放頂煤開(kāi)采適用于緩傾斜5m以上特厚煤層和急傾斜8m以上特厚煤層。在開(kāi)采緩傾斜煤層時(shí)，首先沿底板使用常規(guī)采煤方法采出2—3m厚煤層，然后再回收頂煤。在急傾斜特厚煤層內(nèi)，沿走向方向把煤層劃分成階段高度ｈ1，ｈ2，ｈ……后，再在每一個(gè)階段底部布置水平工作面，采出一層煤再回收其頂部煤體。（圖1-1）

從總體上來(lái)講，放頂煤可分兩個(gè)過(guò)程，第一是頂煤松動(dòng)、破壞、垮落過(guò)程，在底分層煤采出以后形成采空區(qū)，頂煤在礦山壓力和自重作用下破壞、培落形成松散無(wú)規(guī)則的塊體堆，其頂煤冒落高度取決于頂媒放出前的媒體碎脹系數(shù)和底分層開(kāi)采高度。

第二是頂煤放出過(guò)程；當(dāng)支架放煤口打開(kāi)以后，已破碎的散體狀頂煤靠自重流入放煤口，其運(yùn)動(dòng)形式具有松散介質(zhì)特征，盡管某一個(gè)煤塊體的運(yùn)動(dòng)是用于剛體隨機(jī)滾動(dòng)、不連續(xù)。但從宏觀上來(lái)看，大量煤塊體滾動(dòng)具有明顯的連續(xù)流動(dòng)性。所以在研究頂煤放出現(xiàn)律時(shí)，既要考慮它的整體流動(dòng)性，又要兼顧個(gè)體的隨機(jī)性。放頂媒的另一個(gè)特點(diǎn)是在放頂煤工作面內(nèi)，盡管頂煤承受上部頂板壓力和自重作用，但是同時(shí)又受到下面支架的支撐作用，在這對(duì)力的共同作用下頂煤必然要沿一定方向的破斷角a。發(fā)生斷裂，形成前方是相對(duì)穩(wěn)定的頂煤斷裂壁，后方則是已經(jīng)垮落的松散煤體。（圖1-2）

a值的大小受許多因素制約，如頂部壓力大小、方向、支架支撐力、架架型及頂煤本身物理力學(xué)特性，它反映了頂煤在特定的地質(zhì)條件下，煤體穩(wěn)定性程度的綜合指標(biāo)。a值越大，由于相對(duì)穩(wěn)定頂煤垮落面的存在，制約和改變了松散煤體的運(yùn)動(dòng)軌跡使頂煤放出量受到影響，煤巖分界線(xiàn)狀態(tài)也受到影響。

由于支架連續(xù)向前提進(jìn)，那么支架上的放煤口也在不斷地向前移動(dòng)，頂煤放完后空間由頂部矸石充填。因此在頂煤的第一次垮落后， 上方和后方都是矸石區(qū)，而前方是相對(duì)穩(wěn)定的頂煤斷裂壁，準(zhǔn)備待放的松散煤體只是在支架后上方的一個(gè)小區(qū)域內(nèi)，在放頂煤工作面每一個(gè)支架上都有一個(gè)放煤口，若依次放煤，放煤口在工作面方向可以看做是連續(xù)、狹長(zhǎng)的放煤槽，不存在脊煤損失。再者，不同的支架架型及參數(shù)對(duì)放煤效果影響也較大；其主要參數(shù)是頂煤斷裂壁到放煤口的水平距離；即不同類(lèi)型支架放煤口位置對(duì)放煤效果的影響。

以上放頂煤工作面的特點(diǎn)部是在金屬礦山中放礦學(xué)所沒(méi)有涉及到的更復(fù)雜影響因素和邊界條件。

2、單口放煤規(guī)律

頂煤在放出階段時(shí)已完全成為破碎松散煤體。為此從解決主要矛盾人手，把放出煤體抽象成理想松散介質(zhì)即C=0，在模型上觀察頂煤放出移動(dòng)規(guī)律。所謂無(wú)邊界條件約束放煤，是相對(duì)有邊界約束而言的，系指在放煤口一定區(qū)城內(nèi)不存在固定邊界，一旦打開(kāi)放煤口散體顆粒都在相同條件下向放煤口移動(dòng)。

為了準(zhǔn)確地描繪出頂煤在放出過(guò)程中原始所在的空間形態(tài)，在鋪設(shè)模型時(shí)，每鋪一定厚度的巴厘石，再按一定順序設(shè)置帶有記號(hào)的標(biāo)志顆粒，然后在職時(shí)從放煤口回收所有標(biāo)志顆粒，從而在圖紙上反推出每一次致煤時(shí)，其放出的項(xiàng)煤原始所在的空間形態(tài)，實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)經(jīng)計(jì)算機(jī)處理表明：每一次放出的顆?；境鲎砸粋€(gè)橢圓球體內(nèi)，盡管放出撓球體是一個(gè)概率值但它建立在大量的實(shí)驗(yàn)基礎(chǔ)之上，以此進(jìn)行計(jì)算所造成的誤差值是很小的。并且以標(biāo)準(zhǔn)橢球體方程表示概率橢球體方程，即簡(jiǎn)練又有利于進(jìn)一步理論推導(dǎo)。放煤口尺寸對(duì)放出足的影響誤差僅在5％左右，所以在實(shí)際中不考慮放煤口對(duì)放出體的影響，把放出體抽象成完整的橢球體，誤差是在許可酌范圍內(nèi)，而且這樣抽象大大簡(jiǎn)化了頂煤放出量計(jì)算和以后的數(shù)學(xué)推導(dǎo)。

參考文獻(xiàn)：

[1] 我國(guó)繞采放頂煤開(kāi)采現(xiàn)狀及展望(高產(chǎn)高效綜采技術(shù)國(guó)際研討會(huì)論文集，中國(guó)煤炭學(xué)會(huì))，賈悅謙，1992年。

[2]開(kāi)天窗放頂煤工藝在中硬煤層中的應(yīng)用[J].煤炭科學(xué)技術(shù)，1991年第2期