大倾角厚煤层综放开采煤岩规律PFC数值计算研究
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2017 年 4 月
A
pr., 2017
do
i:10.3969/j.issn.1672- 9943.2017.02.061
大倾角厚煤层综放开采煤岩规律 P
FC 数值计算研究
伍庆风，曹品伟，曹 川，宋俊英
（
河南神火煤电有限公司 泉店煤矿，河南 许昌 461 000）
［
摘 要］ 选取合理的放煤工艺参数,并按照松散顶煤的冒落规律控制顶煤的冒落回收，是提
高综放开采顶煤回收率的重要途径。以离散元数值计算为研究手段，分析大倾角条
件下放煤工艺对顶煤落放规律的影响，确定大倾角松软厚煤层综放开采合理的放
煤工艺参数。
［关键词］ 大倾角厚煤层；综放开采；松软顶煤；放煤工艺；回收率
［中图分类号］ TD823.4
+
9
3 ［文献标识码］ B ［文章编号］ 1672!9943（2017）02"0166#03
1 模型原理及模型结构
采
用 PFC
3
D
3.10 三维颗粒流程序，以泉店煤
矿
二
1
-
12050 综放面条件为工程背景，构建三维
计算模型，研究放顶煤开采过程中顶煤运移规律
和放出形态，计算分析得出工作面合理的放煤工
艺。泉店煤矿二
1
-
12050 综放工作面地质条件如
图 1 所示。
图 1 煤层综合柱状
模型沿走向方向截取 14
m，沿倾斜方向截取
25 m，高度 34 m，三维模型共有 220 000 个单元。
模型侧面限制水平移动,底面限制垂直移动，构建
煤厚 5.5 m、直接顶 2.7 m、老顶 9 m、煤（岩）层倾
角为 33°的计算模型，如图 2 所示。
（a）
模型结构
（b）模拟煤（岩）层结构
图 2 大倾角综放面顶煤冒放计算模型
顶煤块体等效
半径 0.13 m、直接顶块体等效
半径 0.18 m、老顶块体等效半径 0.25 m，构建计算
模型采用的岩体力学参数如表 1 所示。
表 1 数值计算参数
岩层
法向刚度
/
(MPa/cm)
切向刚度
/(MPa/cm)
密度
/（kg/m
3
）
孔隙
率 /
%
摩擦
系数
煤层 4 4 1400 0.4 0.5
砂质泥岩 6 6 2500 0.4 0.5
细粒砂岩 4 4 2500 0.4 0.5
砂质泥岩 6 6 2640 0.4 0.5
中砂岩 6 6 2650 0.4 0.5
岩石
名称
序
号
柱状
岩性描述
深
灰色，含植物化石及泥质包体，
夹薄层细砂岩
深灰色，含植物化石
深灰色，含植物化石，夹泥质包体
及薄层细砂岩
浅灰色，成分主要以石英、长石为
主，硅质胶结，层面含炭质云母片
黑色，粉状，以亮煤为主，金属光泽
深灰色，含植物化石碎片，夹细砂
岩条带
黑色，粉状，以亮煤为主，暗煤次
之，金属光泽
灰色，石英为主，次为长石，层面含
炭质及云母片，夹泥质条带及泥质
包体
灰色，含泥质包体，裂隙发育，充填
方解石，密度大
深灰色，含泥质及较多蜒科化石
深灰色
深灰色，隐品质结构，含蜒科化
石，具裂障
真厚
/m
粉砂岩
泥岩
砂质
泥岩
细粒
砂岩
三
3
煤
层
砂质
泥岩
二
1
煤层
中粒
砂岩
菱铁质
泥岩
石灰岩
砂
质泥岩
石灰碉
12.89
1.24
9.49
14.81
0.8
3.74
5.5
81
2.12
4.25
0.70
11
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
能源技术与管理
E
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2016 年第 42 卷第 2 期
V
ol. 42 No.2
1
66
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