顶煤放出的散体介质流理论研究

本项目是针对我国放顶煤开采中散体顶煤放出规律的理论研究薄弱，一直借鉴金属矿的放矿椭球体理论，不能揭示放顶煤开采中顶煤移动与放出的真实过程问题，提出了散体顶煤放出的散体介质流理论。该理论的基本思想是顶煤的放出包括放煤流动放出和移架过程中顶煤向下运动两个过程，下一个放煤循环是在前一次放煤形成的煤矸分界线下放煤，充分考虑支架尾梁及移动对放煤的动态影响。该理论研究的核心是标识顶煤流动与放出的轨迹、给出煤矸分界线的方程。采用的主要方法是研制出一种顶煤运移跟踪仪，进行顶煤运移的现场实测，及进行三维相似模拟试验、离散元模拟计算、理论分析等，项目研究对于科学界定放顶煤开采的适用条件、提高顶煤回收率、降低含矸率等具有重要指导作用，是顶煤放出理论的重要创新。

本项目针对我国放顶煤开采中散体顶煤放出规律的理论研究薄弱，一直借鉴金属矿的放矿椭球体理论，不能揭示放顶煤开采中顶煤移动与放出的真实过程问题，提出了散体顶煤放出的散体介质流理论。为了验证该理论，研制出一种顶煤运移跟踪仪，并进行顶煤运移的现场实测，并在实验室进行了三维相似模拟试验、离散元模拟计算、理论分析等，项目主要取得了如下创新性成果：（1）采用超声波探测顶煤破坏过程，利用超声波在煤体里的传播速度随着煤体裂隙发育程度增加而降低的原理，将煤体的裂隙发育程度与超声波速度联系起来，用煤体的裂隙系数反映顶煤的破坏程度和并依此对顶煤进行了分区。（2）在实验室进行颗粒流程序PFC计算、相似模拟试验，利用3DMAX结合PFC2D和PFC3D模拟结果反演出多次移架后支架依次放矿时顶煤的运移形态以及空间残煤形态，并且利用matlab插值作出了空间放煤漏斗直观位移图和放出体中轴线偏移角度随时间变化关系，揭示了顶煤运移规律。（3）通过相似模拟实验验证了数值计算结果，并确定了标志点法在测试顶煤回收率中的合理性，为顶煤运移跟踪仪研制奠定基础。研制了一种综放开采顶煤放出三维模拟实验平台及实验方法，用于研究煤矿综放开采工作面中采放比、放煤方式、放煤工艺、支架尾梁倾角、放煤口大小、破碎顶煤粒径等因素对综放工作面顶煤回收率的影响以及验证现场顶煤跟踪仪的空间布置对顶煤回收率现场实测精度的影响。（4）研制了顶煤运移跟踪仪和顶煤测试方法，该仪器能实现顶煤回收率的现场测试；应用顶煤运移跟踪仪在不同条件工作面进行顶煤运移的现场实测，获得普通煤层、急倾斜煤层、“两硬”条件、“三软”条件、含多夹矸等条件顶煤的回收率。（5）获得不同放煤工艺和放煤方式条件顶煤回收率、放出体形态、煤矸分界面等。应用声纹和图像识别技术，研制了煤矸识别仪器，并进行了自动化放煤实验。（6）在理论上分析和完善放煤理论，该理论研究的核心是标识顶煤流动与放出的轨迹、给出煤矸分界线的方程。.项目研究对于科学界定放顶煤开采的适用条件、提高顶煤回收率、降低含矸率等具有重要指导作用，是顶煤放出理论的重要创新。