巨厚煤层放顶煤分层开采试验研究.pdf

!""#年$月矿业安全与环保第#"卷第!期
巨厚煤层放顶煤分层开采试验研究

李宏达

/太原煤炭设计研究院，山西太原"#"""+）

!"#采用相似材料模拟试验和有限元数值分析的方法，对$"%"&巨厚煤层放顶煤分层开采时
合理的分层厚度和采放比、顶煤的冒放性及冒放结构、顶煤回收率、矿压显现规律等进行了研究，认为
巨厚煤层采用分层综采放顶煤采煤法在开采参数优化的条件下是可行的。
$%&’巨厚煤层；放顶煤；顶煤回收率；冒放结构；分层厚度
()*+,’’()!-./01’*-23,’+""),$$-./!""#0"!,""!","$

我国综采放顶煤采煤法始于+-)$年，经过近!"
年的发展，目前工作面最高单产已达.12!3，该采煤
法已经成为我国在特厚煤层条件下实现矿井高产、
高效的首选采煤方法之一。但国内实现高产、高效的
缓斜特厚层综采工作面，开采的煤层厚度一般为4%"5
)%"&，个别达+"%"5+!%"&，而煤层厚度达$"%"&以上
的近水平巨厚煤层，综放开采目前尚没有成功的经
验可供借鉴。为了探讨近水平$"%"&巨厚煤层放顶煤
分层开采时合理的分层厚度和采放比、顶煤的冒放
性及冒放结构、顶煤回收率、矿压显现规律，采用相
似材料模拟试验和有限元数值分析的方法，对华亭
矿区煤.层放顶煤分层开采的可行性进行了研究。

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相似材料模拟试验是依据华亭矿区煤.层-个钻
孔的煤层条件确定岩层的物理力学参数，-个钻孔所
控煤层面积约#%"6&!，平均煤层厚$"%"&，平均采深
.#.%!.&。钻孔柱状及力学参数见图+。个模型均在#&8#&的平面应变柔性加载相似模拟
模型设计共考虑了#个模型。模型+采用+7#"的几试验台上进行。
何比例，模拟煤.层顶分层的放顶煤开采情况，分层厚!"#:;BC
+!%"&，模拟推进长度-"%"&，在开切眼侧沿空掘巷，断+%!%+顶煤及顶板冒落情况
面!%4&8!%$&，在停采线侧留小煤柱!%"&掘巷，断面+）模型+：顶分层开采时，当工作面推进至)%9&
#%"&8#%"&。模型!采用+7."的几何比例，模拟煤.层分时顶煤开始冒落，冒高+%+&；工作面推进!$%9&时，
#个分层放顶煤开采的情况，第+分层厚+.&/包括顶部+!&厚的顶煤全部冒落，工作面开始正常放顶煤。当
增夹矸层0，第!分层厚+!%"&，第#分层厚+.%"&/包括工作推进达$-&时，直接顶$%"&厚的泥岩及直接顶
下夹矸层0，模拟推进长度+.""&，在模型两侧各设+以上的粉砂岩冒落，冒高4%"&，长!"%"&。
条沿空巷道。模型#采用的几何比例+7+""，分!个分层!）模型!：!顶分层开采时，为了促进顶煤冒落，
放顶开采，分层厚度!"%"&，模拟推进长度+""%"&。#提高初采阶段顶煤的回收率，当工作面推进9%"&时，
采取了人工切顶，切断高度$%"&。当工作面推进
DEFG’!""!,+!,!$)%!&时，顶煤开始冒落，冒高#%.&；工作面推进达
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!""#年$月矿业安全与环保第#"卷第!期

%+&"’时，顶煤全部冒落，冒长.&"’，工作面开始正+"*以上。当工作面采至!)&"’时，顶煤全部冒落，
常放顶煤。当工作面推进!$&"’时，直接顶开始冒落，%!&"’以下顶煤的垮落角近/"-，%!&"’以上的顶煤
推进#"&"’时，老顶粉砂岩冒高#&"’。!第!分层开垮落角仅$+-。当工作面采至#!&"’时，直接顶泥岩冒
采，当工作面推进%"&"’时切断顶煤，工作面推进至落，采至$.&"’时老顶粉砂岩冒落，但冒口滞后工作面
%%&!’时，顶煤开始冒落，冒高)&"’，冒长+&"’，工作面%+&"’以上，(&"’以上顶煤悬露呈$+-，放煤效果差。!
推进至%+&"’时，顶煤全部冒落，冒高达顶分层冒落矸!分层开采，当工作面采至%!&"’时顶煤未冒，采取人
石，工作面开始正常放顶煤。"第#分层开采，工作面工切顶，切断高(&"’；当工作面采至%.&"’时顶煤开始
推进至%"&"’时，切断顶煤，切断高度#&+’，当工作面冒落，冒高%"&"’，悬顶长$&"’；当工作面采至!(&"’
采至%!&"’时，顶煤冒落，冒高+&"’；当工作面采至%+时，顶煤全部冒落，但放煤呈半拱平衡，放煤效果差。
’时，顶煤全部冒落，同时其上顶板一直冒到(&$’的砂%&!&!放煤步距和顶煤回收率
岩层以上，工作面开始正常放顶煤。试验时工作面采用了"&)’和"&(’两个截深，放
#）模型#：#顶分层开采，当工作面推进%!&+’煤采用“一采一放”、“两采一放”和“三采一放”#
时，顶煤冒高!&"’，推进至%/&"’时顶煤冒高.&"’，冒种放煤方式，相应的放煤步距为"&(，%&)，!&$，%&!’$
长%#&"’，放煤后堆积角$+-，且