综放开采中顶煤放出规律的三维数值模拟研究

简介：
本研究通过三维数值模拟方法探讨综放开采过程中顶煤的放出现象及其规律，为煤炭安全高效开采提供理论依据和技术支持。 在综放开采过程中，支架上方的顶煤会在矿山压力的作用下破碎成散体形式，其力学特性与均质岩体存在较大差异。基于离散元理论开发的三维颗粒流程序（PFC3D）能够真实地模拟出顶煤放出的过程，并建立了相应的数值模型来研究综放开采中顶煤放出的现象。通过不同的参数设置，如不同比例的采放比、放煤步距以及放出体形态等条件进行了详细的仿真分析。 初步的研究结果表明，在初始阶段进行放煤时，顶煤颗粒会形成一个相对稳定的运动速度场，并且在支架下方产生二次松散区域；而随着放煤过程的发展，形成的顶煤释放体逐渐呈现出被支架限制的类偏转椭球形状。同时观察到的是：该放出体轴向倾斜角度随时间增加表现为指数衰减趋势，而出露高度则表现出幂函数增长特性。 此外，在模拟中发现当顶煤从其固有结构（即煤岩分界面）切割出时会形成一个漏斗状的三维曲面，并且此表面中心线偏向采空区一侧。最后值得注意的是不同比例下的放煤步距和采放比对于工作面上顶煤的实际开采率具有显著影响，具体表现为随着推进距离增加而逐渐趋于稳定的一种趋势效应。