放顶煤煤体破碎度实验研究

科技情报开发与经济SCITECH INFORMATION DEVELOPMENT & ECONOMY2005年第1S卷第13期文章编号:1005- 6033(2005)13- -0170-02收稿日期:2005-06-01放顶煤煤体破碎度实验研究梁富生(山西煤炭职业技术学院，山西太原,030031)摘要:实验研究 支承压力(采深)、煤体强度和裂隙发育程度对煤体破碎块度分布的影响变化规律。根据顶煤回收要求与可放块度原则得出预测临界采深的实用关系式，并以加权平均块度评价支承压力、煤体强度和裂隙发育程度等3个因素对项煤可放性分类的影响,提出顶煤可放性的三因素评价准则。关键词:放顶煤;破碎度;顶煤可放性中图分类号:TD31.文献标识码:A3.5厂1实验方法st实验室用三轴试验设备模拟支承压力作用下煤岩的受载破碎过程，尔2.0|研究大尺寸煤体破碎块度分布规律,用块度指标评价顶煤压裂效果。该实验设备可实现三向加载，模拟开采深度的应力(即支承压力)变化情来1.5-况。根据媒体强度变化范围,选择σ.分别为10 MPa,20 MPa,30 MPa,40MPa等4种强度条件下模拟不同应力(采深)时煤体破碎块度分布规律。0.5研究表明,顶煤的破碎主要发生在煤壁前方支承压力峰值(KH4H)位2C406080置,以该处顶煤单元体受力状态实验研究顶煤压裂破碎规律是符合实际支撑压力/MPa的。将其视为平面应变状态，与煤壁平行方向应变为0,垂直应力σ=日1 D与a，关系KyH,侧向应力σ;=λyH,煤体主要是受σ,和σs控制的剪切破坏,符合D=0.018 356 40σ+1.264 270 (σ,=30 MPa)1)Coulomb-Mohr强度准则。D2=0.023 979 40o+1.029 740 (o.=40 MPa)压裂试验时,用分选筛筛分实测煤体破碎后不同块度范围的块数与由(1)式和图1可见，破碎程度的块度分维(D)和支承压力(σn=重量值.计算块数概率和负累积产率,由此分析受载煤体的破碎块度分KylH)成线性正比关系。随支承压力升高,顶煤破碎块度分维(D)增加。布规律。由块度分维的物理定义,DI增加则破碎煤体的小块度比例多，大块度比2煤体 自然受载作用下破碎块度分布规律例少,从而媒体的总体破碎高。这就说明支承压力升高时D.增加,媒体破碎程度加剧,破碎块度减小。2.1 煤体破碎的块数分维特征(D,)与支承压力(KyH )的相关分析支承压力on和H成线性正比关系。由此可知D,和H亦为线性正比块度分布特征是诸如爆破、自然受载、机械破碎、磨矿等破碎过程所关系,故煤体破碎程度和采深H之间存在有相同的变化规律,即采深H产生的松散矿石的不同块度组成分布,可用块度分布方程描述。压裂实增加将会增加顶煤破碎程度,减小块度,提高可放性。验表明.顶煤压裂块度分布组成特性遵循指数分布方程:P(d)=A. d。2.2 煤体破碎块度分布的重量分维( D)特征煤岩破碎后,块度分布是千差万异的。研究表明,煤岩破碎程度即块经回归分析,D2和σ之间的关系为:度分布可用块度分维值来定量描述。根据块度分维的计算方法不同,可D_=0.156 082 -0.001 833 03σ (σ=10 MPa)分为块度的块数分维(D)和块度的重量分维(D2)。通过试验,测算D和D_=0.404 306 -0.001 199 40σ (σ=20 MPa)(2)D2即可分析和相关因素的变化关系,从而由D,D2来研究相关因素对煤D-=1.051 810 0.007 81550σ; (σ=30 MPa)岩破碎程度的影响。D=1.016 780 -0.007 61372σ\ (σ=40 MPa)由试验数据绘制的不同煤体强度时破碎块度的块数分维(D)与支由(2)式可见,当煤体强度σ.不变时,随支承压力(σ)增大,顶煤压承压力(KyH)的关系曲线见图1。裂破碎块度分布的重量分维值D2下降，说明支承压力增加的影响可使煤体破碎程度(D,)与支承压力(σ=KyH )之间的关系为:压裂效果显著,小块度的比例增多而大块度比例减少,这种块度分布特D=0.027 831 30σ+0.58 354 (σ-=10 MPa)征的破碎煤体则容易放出,顶煤冒放性好,回收率高。D_0.008 372 98 0n+1.779 210 (σ.=20 MPa)为表征支承压力()和煤体强度(σ,)对破碎块度重量分维(D)的综The Design Of the 1- -36 m Pedestrian Middle-bearing Arch BridgeRUAN Wen-zhd中国煤化工ABSTRACT:This paper introduces in detail the design principlesMYHCNMHGmpesrianmide-bearing arch bridge from the general situation of the engineering, the selection of the bridge form, the structure of the archbridge , and the checking calculation of the structure, etc.KEY WORDS:bridge design; sclection of bridge form; structure design; checking calculation of structure170.粱富生放顶煤煤体破碎度实验研究本刊E-mail:bjb@rmail.sxinfo.net科技研讨合影响,用o1σ.应力强度比值作为变量,经回归有:表1在理想放煤条件下试验回归公式的采深预测参考值D=0.588 318- 0.058 629(σ/σ)(3[ o/MPaT 510T1520T2530工35工40由(3)式知,σ/σ.增加,Dr下降即顶煤破碎程度增大,小块度比例增H'y/m5 T 308543722 855 960 10401105加而大块度比例碱少,从而高o/o.能提高顶煤冒放性。此外,σ增加时d-=63.889 22+0.804 39 σ. -0.51672 o (em)6)D:下降,o.减小时D2下降,说明高支承压力和低媒体强度可使煤体破碎由(6)式分析可知,煤体强度(<.)增加,平均块度do增加,即随o。增程度增加,有利于提高顶煤回收率。加破碎程度变差;支承压力(o)增加，平均块度da减小,即随on增加破将D2和0σ,σ,作二元线性回归,有:碎效果变好。研究表明,支承压力(σ~)或采深(H)对顶煤破碎的影响比煤D.=0.277 482-0.002 738 σ:+0.012 466 o。(4)体强度的影响更显著 ,其中σ的影响是第-一位的, 而o.的影响是第二位在此,a增加,D2减小;σ。降低,则D2减小，和前述分析结论- -致。的。2.3 煤体压裂破碎的块度(dx)相关影响规律2.3.1加权平 均块度(da)与支承压力(σ,)相关规律3满足 可放块度和理想放煤率的临界采深预测在煤体压裂破碎后加权平均块度(da)与支承压力(σ,)、强度(σ.)之在顶煤可放性基础研究中,压裂实验旨在探讨不同煤层强度条件下间的变化规律如图2。由图2可知，在不同的煤体强度条件下,do与σ满足可放出块度要求且有理想放煤率时临界采深预测评价准则.即研究存在如下线性反比关系,即:放顶煤开采煤层强度(σ.)、支承压力(σ,=KyH)或采深(H)与块度尺寸do-=53.525 7- 0.204501《σ=l0 MPa)(dx)所应满足的相互关系式,为预测和评价顶煤可放性奠定了基础。da=61.9200- 0.1544σ(σ,=20 MPa)(5)由实验结果,不考虑裂隙时满足可放块度和理想放煤率(85 %)之ado=118.086 7-0.9102σ (σ_=30 MPa)和σ。关系为:dx=112.749 5-0.85190n (σ=40 MPa)σ=127.049 91 EXP(-17.045 710o.)式中do为破碎煤体的加权平均块度,cm。根据(7)式,y=0.025 MNm',应力集中系数K=3.0,将其代人(7)则可12得实验条件下的临界采深预测公式为:100Hy=1 693.998 8 EXP(-17.045 710,)8)表1为式(8)计算的采深预测参考值。目40...4考 虑现场裂隙修正因素的顶煤破碎块度的预测公式20在顶煤体压裂试验的基础上,考虑放顶煤开采现场裂隙因素对顶煤oL破碎块度的影响,可得出由支承压力(on)、煤体强度(σ.)和裂隙发育程度04(5080(1,n)3因素决定的煤体破碎的加权平均块度预测公式为:主压力/MPade=966.9- 4.0r+8.30-184.3(/n)- -219.7(σ/0) (mm)9)图2 do 和σ;变化规律式中,1为裂隙平均间距,m;n为裂院组数。其余意义同前。称(9)式由图2和(5)式可知:其- .放顶煤采场在支承压力破煤作用下,顶煤为预测块度的三因素准则。压裂破碎后加权平均块度do和支承压力(KyH)大致成线性反比规律,和通过预测的do的块度大小，即可初步评价特定煤层条件的顶煤冒媒体强度(σ.)成正比规律,即支承压力越大,一定强度煤体压裂后加权平放性。依据加权平均块度大小，其具体的评价分类临界值为:均块度越小，煤体强度越大则在相同支承压力作用下压裂后do越大;其(1)dq≤200 mm,顶煤可放性好, 1类;二,当σ_=0 MPa -20 MPa时,随支承压力从小到大变化d妇o减小幅度较平(2)200 mm900 mm~1000 mm,顶煤可放性极差, V类。果,使加权平均块度明显减小,此点说明硬以上煤质条件,唯有在大采深或根据(9)式预测的块度的变化范围即可做放顶煤开采条件的评价。高支承压力时才能使顶煤达到预期可放出块度的压裂效果;其三,大多数(责任编辑:白尚平)煤层赋存条件(σ=0 MPa 40 MPa),实验说明当支承压力σ=75 MPa-90MPa亦即采深H≥1 000 m时均可适应放顶煤开采。第一作者简介:梁富生,男,1964年3胜, 1986年毕业于山西矿业2.3.2加权平 均块度(d).支承压力(σ,)及煤体强度(σ.)相关规律学院,高级讲师,山西煤炭职业技术学院,山西省太原市许坦东街2号,根据试验数据,经回归可得:030031.Experimental Research on the Broken Lumpiness of the Top CoalLIANG Fu-shengABSTRACT: This paper introduces the experimental research on the varying regulations of the influence of the supportingcompression (mining depth), coal body strength, and the developinl中国煤化工-on the distribution of thebroken lumpiness，gives the operational relation for forecasting the crie requirement for the topcoal recovery and the caveable lumpiness principle, and by using theYHc N M H umpiess, evaluates theinfluence of the supporting compressure, coal body strength and the developing extent of the fractures on the classification ofthe top coal's caveability , and puts forward the three- -factor evaluating principle of the top coal 's caveability.KEY WORDS: top coal; broken lumpiness; experimental research171