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激振条件下顶煤放出规律的数值模拟研究

作　者: 丁国玺
导　师: 魏锦平
学　校: 河南理工大学
专　业: 采矿工程
关键词: 放顶煤开采激振成拱颗粒流
分类号: TD823.49
类　型: 硕士论文
年　份: 2011年
下　载: 27次
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内容摘要

顶煤能否顺利放出是在放顶煤开采的关键,当顶煤块度较大时,顶煤放出过程中的成拱现象严重影响顶煤的放出效果。目前,顶煤从进入支架尾部后,对提高其流动性和破拱滞流等主动干预块体顶煤放出方面的研究相对有限,论文在分析块体顶煤冒放成拱的基础上,进行激振破拱提高顶煤放出效果的颗粒流数值模拟研究,分析影响顶煤激振流动效果的因素,探讨确定最优激振参数的方法。在顶煤冒放过程中成拱机理、成拱形态分析的基础上,通过颗粒流程序模拟顶煤块体的大小和空间分布层位、低位放顶煤支架掩护梁的角度及其与顶煤块体间的摩擦系数对顶煤放出效果的影响,根据对块体之间接触应力的分析,结合顶煤冒放过程中块体动能的变化规律,验证了放煤成拱的存在,揭示了顶煤冒放时成拱—破拱作用影响下的的脉冲式放煤特征；基于正交分析法得出上述因素对顶煤冒放的影响规律,表明顶煤块体尺度是影响顶煤成拱的关键因素,而块体在顶煤空间的层位分布是影响顶煤放出率的重要因素,大块顶煤的层位决定其上顶煤的回收效果。在试样煤块固有频率范围实验室测定的基础上,结合综放工作面支架稳定性、支架相关构件安全性和对顶煤支护效果影响的分析,确定了在支架掩护梁部位对顶煤进行低频、低振幅激振破拱,提高放煤效果的原则。利用正交数值模拟分析顶煤块度层位分布、激振频率和振幅三种因素影响下顶煤放出量及顶煤块体间最大接触应力的变化规律,得出了有效激振频率和振幅的振幅的范围,验证了低振幅、低频激振对提高顶煤放出效果的有效性。在此基础上,对沁水煤田硬顶煤的有效激振放煤参数进行了优化选择。

全文目录

致谢  4-5
摘要  5-6
Abstract  6-8
目录  8-11
1 绪论  11-21
  1.1 选题依据  11
  1.2 国内外研究现状  11-17
    1.2.1 放顶煤技术的发展与现状  11-13
    1.2.2 顶煤冒放性的研究与现状  13-15
    1.2.3 顶煤放出理论与技术的研究现状  15-16
    1.2.4 振动放矿技术研究现状  16-17
  1.3 问题的提出  17-18
  1.4 本文研究内容  18
  1.5 技术路线  18-21
2 顶煤冒放过程中成拱机理  21-31
  2.1 顶煤冒落过程中成拱条件及形态  21-24
    2.1.1 顶煤成拱条件  21-22
    2.1.2 顶煤冒落过程中成拱的形态  22-24
  2.2 顶煤自架后放出的力学分析  24-26
  2.3 顶煤成拱影响因素  26-29
    2.3.1 顶煤破碎块度对顶煤成拱的影响  26
    2.3.2 支架掩护梁对顶煤成拱的影响  26-29
    2.3.3 影响顶煤成拱的其他因素  29
  2.4 本章小结  29-31
3 顶煤放煤特性的模拟分析  31-43
  3.1 颗粒流程序简介  31-33
    3.1.1 颗粒流数值模拟基本假设  31-32
    3.1.2 颗粒流程序模拟的特点  32
    3.1.3 颗粒流程序的边界条件、初始条件及本构关系模型  32-33
    3.1.4 颗粒流程序的计算过程  33
  3.2 顶煤层位分布规律计算模型  33-36
    3.2.1 数值模拟模型的建立  33-34
    3.2.2 计算模型及其力学参数的选择  34-35
    3.2.3 正交实验模拟方案  35-36
  3.3 模拟试验分析  36-41
    3.3.1 模拟实验试验结果分析  36-37
    3.3.2 顶煤放出过程分析  37-41
  3.4 本章小结  41-43
4 激振破拱提高顶煤放出效果的机理分析  43-51
  4.1 振能在松散煤体中的传播  43-45
  4.2 激振对顶煤冒放流动性的影响  45-49
    4.2.1 宏观上分析激振对破碎顶煤流动性的影响  45-46
    4.2.2 微观上分析振动对破碎顶煤流动性的影响  46-49
  4.3 振动放顶煤原理分析  49-50
  4.4 本章小结  50-51
5 顶煤试样固有频率的实验测定  51-61
  5.1 顶煤岩石力学参数测定  51-54
    5.1.1 煤样采集  51-52
    5.1.2 煤块密度及坚固性系数的测定  52-53
    5.1.3 顶煤强度参数测定  53-54
  5.2 顶煤固有频率的测试  54-59
    5.2.1 试验目的  54
    5.2.2 试验原理  54-55
    5.2.3 试验仪器  55-56
    5.2.4 试验步骤  56-57
    5.2.5 试验结果处理及分析  57-59
  5.3 本章小结  59-61
6 激振作用下顶煤放出规律的数值模拟研究  61-85
  6.1 顶煤放出规律计算模型  61-63
    6.1.1 数值模拟模型的建立  61-62
    6.1.2 确定计算模型及其参数  62
    6.1.3 模拟方案  62-63
  6.2 激振效果影响分析  63-70
    6.2.1 激振效果影响因素分析  64-67
    6.2.2 激振频率和振幅对顶煤放出效果的影响  67-70
  6.3 顶煤放出规律的数值模拟分析  70-82
    6.3.1 自重条件下顶煤放出规律模拟分析  71-76
    6.3.2 激振条件下顶煤放出规律模拟分析  76-82
  6.4 沁水煤田硬顶煤激振参数的分析  82
  6.5 本章小结  82-85
7 结论与展望  85-87
  7.1 结论  85-86
  7.2 展望  86-87
参考文献  87-91
作者简历  91-93
学位论文数据集  93

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