Vol.28 No.9 王树仁等：大倾角厚煤层综放开采颗粒元分析 ·809· 1所示的计算模型.图1中标识的A.B与C分别 体顶煤落放过程、落放形态及落放规律的数值模 表示为三个放煤口，放煤口长度均为1.5m,编号 拟分析，采放比147（采28m,放13.2m);然 1~5分别表示各个位置的放煤支架. 后，对连续推进放煤支架过程中，06,1.2与1.8 m三种放煤步距下，散体顶煤动态跨落放出的煤 损形态与顶煤回收率进行模拟分析，优化得出合 理的放煤步距 三种放煤步距的模拟方案如下. 方案1：采一放一（放煤步距0.6m); 方案2：采二放一（放煤步距1.2m); 方案3：采三放一（放煤步距1.8m). 根据现场取样和岩石力学实验结果，并考虑 到岩石的尺度效应，模拟计算采用的岩体力学参 图1不同综放顺序计算模型 Fig 1 Computational model of different caving quences 数见表1. 表1岩体学参数表 6种放煤顺序模拟方案如下， Table 1 Mechanical parameters of rockmass 方案1(A→BC):首先放A,接着放B,最后 岩石 容重/ 法向刚度/切向刚度/ 粘结力/摩擦 放C; 名称(kgm-(Nm)(N·m-) N 因数 方案2(AC→B):首先放A,接着放C,最后 研石 2500 40X10340X108 0 Q40 放B: 煤层 1400 20X103 20X108 0 040 方案3(C→A→B):首先放C,接着放A,最后 放B: 3计算结果分析 方案4B→AC):首先放B,接着放A,最后 放C; 3.1综放顺序优化分析 方案5(BC→A):首先放B,接着放C,最后 3.1.1顶煤回收率分析 放A; 对不同综放顺序计算模型的顶煤回收率进行 方案6(C→B→A):首先放C,接着放B.最后 量化研究，计算结果如图3所示.由不同综放顺 放A. 序与顶煤回收率关系曲线可见，6种模拟方案，方 2.2放煤步距优化模拟方案 案6(C→B→A)顶煤回收率最高，方案1(A→B→ 以某矿的综放面为工程背景，构建煤厚13.2 C)顶煤回收率最低 m(4煤，5m破碎直接顶与3m顶板岩梁的计算 以顶煤回收率的大小为基准，进行折线型综 模型（如图2所示）.顶煤块体大小为0~300 采面布置，综放顺序优化的结果为C→B→A方 mm,按高斯随机分布考虑，为减少机时、加快计 案. 算收敛速度，舍掉少量的过大或过小的块体 75r 65 60 55l ABC ACB CAB BAC BCA CBA 综采放顶煤顺序方案 图3不同综放顺序与顶煤回收率关系曲线图 Fig.3 Top-coal recovery curves by different caving sequences 图2低位支架放顶煤计算模型 3.1.2支架受力工况分析 Fig.2 Computational model of the low location of the powered 对折线型综放面布置，不同的综放顺序，支架 support 所受荷载的大小及支架受力分布状况是不同的. 模拟分析过程：首先，进行单孔低位放顶煤散 6种综放顺序各部位支架受力状况的模拟结果如1 所示的计算模型 .图 1 中标识的 A, B 与 C 分别 表示为三个放煤口, 放煤口长度均为 1.5 m, 编号 1 ～ 5 分别表示各个位置的放煤支架. 图 1 不同综放顺序计算模型 Fig.1 Computational model of different caving sequences 6 种放煤顺序模拟方案如下 . 方案 1( A ※B ※C) :首先放 A, 接着放 B, 最后 放C ; 方案 2( A ※C ※B) :首先放 A, 接着放 C, 最后 放 B; 方案 3( C ※A ※B) :首先放 C, 接着放 A, 最后 放 B; 方案 4( B ※A ※C) :首先放 B, 接着放A, 最后 放C ; 方案 5( B※C ※A) :首先放 B, 接着放 C, 最后 放A ; 方案 6( C ※B※A) :首先放 C, 接着放 B, 最后 放A . 2.2 放煤步距优化模拟方案 以某矿的综放面为工程背景, 构建煤厚 13.2 m( 4 煤) , 5 m 破碎直接顶与 3 m 顶板岩梁的计算 模型( 如图 2 所示) .顶煤块体大小为 0 ～ 300 mm, 按高斯随机分布考虑, 为减少机时、加快计 算收敛速度, 舍掉少量的过大或过小的块体. 图 2 低位支架放顶煤计算模型 Fig.2 Computational model of the low location of the powered support 模拟分析过程:首先, 进行单孔低位放顶煤散 体顶煤落放过程、落放形态及落放规律的数值模 拟分析, 采放比 1∶4.7( 采 2.8 m, 放 13.2 m) ;然 后, 对连续推进放煤支架过程中, 0.6, 1.2 与 1.8 m 三种放煤步距下, 散体顶煤动态跨落放出的煤 损形态与顶煤回收率进行模拟分析, 优化得出合 理的放煤步距 . 三种放煤步距的模拟方案如下 . 方案 1 :采一放一 ( 放煤步距 0.6 m) ; 方案 2 :采二放一 ( 放煤步距 1.2 m) ; 方案 3 :采三放一 ( 放煤步距 1.8 m) . 根据现场取样和岩石力学实验结果, 并考虑 到岩石的尺度效应, 模拟计算采用的岩体力学参 数见表 1 . 表 1 岩体力学参数表 Table 1 Mechanical parameters of rockmass 岩石 名称 容重/ ( kg·m -3 ) 法向刚度/ ( N·m -1 ) 切向刚度/ ( N·m -1 ) 粘结力/ N 摩擦 因数 矸石 2 500 4.0×10 8 4.0×10 8 0 0.40 煤层 1 400 2.0×10 8 2.0×10 8 0 0.40 3 计算结果分析 3.1 综放顺序优化分析 3.1.1 顶煤回收率分析 对不同综放顺序计算模型的顶煤回收率进行 量化研究, 计算结果如图 3 所示 .由不同综放顺 序与顶煤回收率关系曲线可见, 6 种模拟方案, 方 案 6( C ※B ※A) 顶煤回收率最高, 方案 1( A ※B※ C) 顶煤回收率最低 . 以顶煤回收率的大小为基准, 进行折线型综 采面布置, 综放顺序优化的结果为 C ※B ※A 方 案. 图 3 不同综放顺序与顶煤回收率关系曲线图 Fig.3 Top-coal recovery curves by different caving sequences 3.1.2 支架受力工况分析 对折线型综放面布置, 不同的综放顺序, 支架 所受荷载的大小及支架受力分布状况是不同的. 6 种综放顺序各部位支架受力状况的模拟结果如 Vol.28 No.9 王树仁等:大倾角厚煤层综放开采颗粒元分析 · 809 ·