急倾斜厚煤层综放开采顶煤采出率分布规律研究.pdf

书书书 第 43 卷第 12 期 煤 炭 科 学 技 术 Vol． 43No． 12 2015 年12 月 Coal Science and TechnologyDec．2015 采矿与井巷工程 急倾斜厚煤层综放开采顶煤采出率分布规律研究 王家臣1， 2， 张锦旺1， 2 1. 中国矿业大学 北京资源与安全工程学院， 北京100083; 2. 放顶煤开采煤炭行业工程研究中心， 北京100083 摘要 为掌握急倾斜厚煤层综放开采顶煤采出率的分布规律， 提高急倾斜煤层资源采出率， 采用顶 煤放出三维散体相似模拟、 数值模拟和现场观测相结合的方法， 从顶煤放出体发育形态和煤岩分界面 演化特征的角度， 深入分析了采出率分布规律和机理。结果表明 急倾斜厚煤层综放开采顶煤采出率 沿煤层倾向呈 “几” 字形分布， 顶煤放出体向工作面上端头发育趋势明显， 放出体“枣核状” 形态和煤 岩分界面非对称性的相互作用导致的上下端头煤炭损失差异， 是急倾斜厚煤层综放开采顶煤采出率 呈 “几” 字形分布的根本原因， 并通过数值计算和现场实测验证了顶煤采出率呈 “几” 字形分布规律。 关键词 急倾斜厚煤层; 综放开采; 顶煤采出率; 放出体; 煤岩分界面 中图分类号 TD823文献标志码 A 文章编号 0253 －2336 2015 12 －0001 －07 Study on top － coal recovery ratio distribution law of longwall top － coal caving mining in steeply thick coal seam Wang Jiachen1， 2， Zhang Jinwang1， 2 1. School of Ｒesource and Safety Engineering， China University of Mining and Technology Beijing ， Beijing100083， China; 2. Coal Industry Engineering Ｒesearch Center of Top － Coal Caving Mining， Beijing100083， China Abstract In order to grasp the distribution law of top － coal recovery ratio of longwall top － coal caving mining in steeply thick coal seam and improve the coal resource recovery ratio， the 3D loose top － coal drawing experiment， numerical simulation and field test were applied to analyze the top － coal recovery ratio from the aspects of shape of top － coal drawing body and the boundary of top － coal. The results showed that the top － coal recovery ratio shows“π”shape distribution along the dip direction in the 3D loose top － coal drawing experi- ment;the drawing body had an obvious developing tendency towards the upper end of the working face;the difference value of top － coal loss at the upper and lower end of working face resulting from the“jujube core shape”of drawing body and the asymmetry of interface be- tween coal and rock was the root cause of the“π”shape distribution of top － coal recovery ratio. Such distribution law was also verified by the numerical calculation and the filed test. Key words steeply thick coal seam;longwall top － coal caving mining;top － coal recovery ratio;drawing body; coal and rock interface 收稿日期 2015 －03 －23; 责任编辑 杨正凯DOI 10． 13199/j． cnki． cst．2015．12．001 基金项目 国家自然科学基金煤炭联合基金资助项目 U1361209 ; 国家重点基础研究发展计划 973 计划 资助项目 2013CB227903 作者简介 王家臣 1963 ， 男， 黑龙江方正人， 教授， 博士生导师， 博士。E － mail wangjiachen vip. sina. com 引用格式 王家臣， 张锦旺． 急倾斜厚煤层综放开采顶煤采出率分布规律研究［J］． 煤炭科学技术， 2015， 43 12 1 －7． Wang Jiachen， Zhang Jinwang． Study on top － coal recovery ratio distribution law of longwall top － coal caving mining in steeply thick coal seam ［J］． Coal Science and Technology， 2015， 43 12 1 －7． 0引言 综放技术作为开采厚煤层的主要方法之一， 在 我国进行了 30 余年的研究和应用［1 －5 ］， 并且在急倾 斜厚煤层开采中也进行了应用和研究［6 －10 ］。众多 学者在工作面巷道布置、 上覆岩层垮落、 煤壁片帮与 冒顶、 支架稳定性等方面进行了一定的研究和创新， 但是对放顶煤采出率分布规律的研究相对较少。文 献［ 11］ 采用二维数值模拟研究了不同放煤步距和 放煤顺序对大倾角松软特厚煤层综放开采顶煤采出 率的影响， 认为放煤步距采用 1. 2 m 时， 顶煤采出率 最高; 工作面上端采用从上向下放煤利于提高支架 稳定性， 其他部分从下向上放煤利于提高顶煤采出 率 ［11 ］; 文献［ 12］ 应用 PFC2D计算程序进行了大倾角 1 2015 年第 12 期煤 炭 科 学 技 术 第 43 卷 厚煤层综放开采颗粒元分析， 以顶煤回收率较佳， 综 合考虑其他因素， 得出在大倾角、 厚煤层综放开采过 程中， 采用中挡放煤步距放煤模式 放煤步距为 1. 2 m ， 能减少频繁移架的次数， 节约工时， 经济技术效 果较好。目前大多研究均采用二维数值模拟对顶煤 采出率进行分析， 但是在实际的放出过程中， 顶煤同 时存在沿煤层走向的运移和沿煤层倾向运移， 特别 是急倾斜煤层的综放开采， 这种空间运移过程对顶 煤采出率的三维分布规律影响很大， 为此采用三维 手段研究急倾斜厚煤层综放开采顶煤采出率的分布 规律， 对于认识顶煤放出规律， 提高顶煤采出率， 实 现急倾斜厚煤层安全高效生产具有指导意义。笔者 基于散体介质流的学术思想［13 －18 ］， 以峰峰集团大远 煤业 1201 急倾斜煤层综放工作面为背景， 采用顶煤 放出的三维室内模拟试验、 数值模拟和现场实测相 结合的方法， 从顶煤放出体形态和煤岩分界面演化 过程深入地分析了急倾斜厚煤层综放开采散体顶煤 采出率分布规律。 1工程概况 峰峰集团大远煤业 1201 工作面主采 2 号煤层， 赋存于太原组顶部， 上距 K3 砂岩 3 ～ 5 m， 下距 L3 石灰岩 30 ～50 m。煤层厚度 6 ～ 8 m， 平均 6. 8 m， 厚度变异性较大; 煤层倾角最大为 62 ， 平均 58 ， 直接顶为泥岩或砂质泥岩， 厚度 0． 1 ～ 1． 5 m， 浅灰 ～ 灰色， 易与上部岩石离层， 吸水后易变软; 基本顶 为粉砂岩， 厚度 8 m， 灰色， 具一定水平层理， 夹薄煤 层， 易离层， 在层面上能见到较完整的钝肋芦木石; 直接底板为泥岩粉砂岩， 厚度 1 m， 上部含植物根部 化石， 遇水易膨胀变软。1201 工作面采用走向长壁 综采放顶煤开采工艺， 走向推进长度为 680 m， 倾斜 方向工作面长度 60 m， 埋深为 242. 6 ～195. 6 m。机 采高度 2. 5 m， 平均放煤高度为 4. 3 m， 采放比 1. 0 ∶ 1. 6， 采用型号为 ZFY4800/17/28 的综放支架， 中 心距为 1. 5 m。 2顶煤采出率“几” 字形分布规律 2. 1三维散体相似模拟试验 试验所用模型箱长 宽 高 1 500 mm 1 000 mm 800 mm。本试验采用 5 ～8 mm 粒径的青 色石子模拟煤层， 用 10 ～20 mm 粒径的白色石子颗 粒模拟矸石。试验台安装支架 20 个， 高度为 100 mm， 几何相似比为25∶ 1， 箱体内铺设煤层260 mm， 铺设矸石层 150 mm。模型初始状态如图 1 所示。 图 1模型初始状态 Fig. 1Initial state of the experimental model 在煤层填装过程中， 铺设一定数量的白色标志 颗粒， 对每个标志颗粒进行编号， 反映其铺设模型时 的初始三维坐标位置。试验中统计随顶煤放出的标 志颗粒数量和位置， 即可以反映出顶煤放出规律。 标志颗粒如图 2a 所示。 图 2标志颗粒实物及布置 Fig. 2Marked particles and its layout 急倾斜煤层放煤过程中上端头顶煤易漏冒， 为 了重点研究放煤过程中上端头顶煤的放出规律， 将 标志颗粒区域设置在工作面上端头 120 号支架上 方的顶煤中， 其中在 Z 方向每隔 10 mm 铺设 1 层， 共 15 层; 在 X 方向每隔 10 mm 铺设 1 行， 共 6 行; 在 Y 方向隔 25 mm 铺设 1 列， 共 21 列。铺设标志 颗粒共计 1 890 个， 如图 2b 所示。 2. 2三维散体相似模拟采出率分析 试验中为了消除边界影响， 上端头留6 架不放煤， 下端头留5 架不放煤， 从第14 号支架开始， 下行放至6 号支架结束， 然后执行移架操作， 进行下一轮放煤， 第5 轮放煤结束后， 工作面已经推过了标志颗粒安设的区 域， 继续放煤标志颗粒未出现。根据统计， 试验中共 放出 标 志 颗 粒 1 435 个，平 均 顶 煤 采 出 率 为 75. 93。分析顶煤采出率在煤层走向、 煤层倾向、 垂直方向上的变化规律， 研究急倾斜煤层综放开采 顶煤采出率的三维分布特征。 1 沿煤层倾向。在标志颗粒区域内沿煤层倾向 共布置了21 列标志颗粒， 分别位于 1120 号支架中 部和两相邻支架架间的 21 个垂直支架顶梁的平面 内， 标志颗粒平面之间的间距为支架宽度的 1/2 图 2 王家臣等 急倾斜厚煤层综放开采顶煤采出率分布规律研究2015 年第 12 期 2b ， 每个平面均安设标志颗粒 6 15 90 个。统计 放煤过程中每个平面内放出的标志颗粒数目， 计算沿 煤层倾向不同位置的顶煤采出率， 如图3 所示。 图 3顶煤采出率沿煤层倾向分布特征 Fig. 3Distribution of top － coal recovery ratio along coal seam’ s inclined direction 由图 3 可知， 当 1411 号支架依次放煤结束 时， 顶煤采出率沿煤层倾向呈现出“几” 字形分布， 即工作面上下端头采出率低， 中部采出率高， 如图 3 中放煤至 11 号支架曲线所示， 上端头 1820 号支 架平均顶煤采出率为 47. 60， 中部 1417 号支架 为 79. 73， 下端头 1113 号支架为 15. 23。 1411 号支架放煤结束后， 继续下行放煤至 6 号支架， 发现工作面中部和下端头的顶煤采出率继 续增大， 146 号支架放煤结束后， 顶煤采出率分布 如图 3 中放煤至 6 号支架曲线所示。计算可知， 1820 号支架平均顶煤采出率为 48. 33， 相较 11 号支架放煤结束时变化不大; 1417 号支架为 88. 06， 相较 11 号支架放煤结束时顶煤采出率净 增长 8. 33; 1113 号支架为 84. 60， 顶煤采出 率净增长为 69. 37。 继续放煤提高了 1113 号支架顶煤采出率， 减 少了工作面端头煤炭损失量。图 3 中下端头损失的 面积显示了本次试验中由于下端头煤炭损失造成的 顶煤采出率损失的大小; 上端头损失的面积是对上 端头煤炭损失引起顶煤采出率损失大小的估算。显 然， 下端头顶煤损失量远大于上端头顶煤损失量， 这 正是急倾斜煤层综放显示出不同于水平煤层综放的 特殊性， 即由于上下端头煤炭损失的差异， 导致顶煤 采出率沿煤层倾向呈现出典型的“几” 字形分布， 即 工作面上下端头顶煤采出率低、 中部高的规律。 2 沿煤层走向。试验时在顶煤中沿煤层走向 方向布置标志颗粒， 标志颗粒沿煤层走向分别位于 间隔 10 mm 的 6 个竖直平面内， 如图 2b 所示， 每个 平面均安设标志颗粒 15 21 个 315 个， 统计放煤 过程中每个竖直平面内放出的标志颗粒数目， 计算 得出沿煤层走向 6 个竖直平面内顶煤采出率的分 布， 如图 4 所示。 图 4顶煤采出率沿煤层走向分布特征 Fig. 4Distribution of top － coal recovery ratio along coal seam’ s strike direction 由图 4 可知， 煤层倾角对顶煤采出率沿走向方 向分布的影响不大。顶煤采出率基本在 64. 76 ～ 81. 90波动， 与平均采出率偏差较小。 1 号平面作为工作面推进时经过的第 1 个平 面， 具有最小的顶煤采出率， 采出率为 64. 76。随 着工作面推进， 26 号平面内的标志颗粒被陆续放 出， 由于工作面移架放煤循环逐步趋于稳定， 故顶煤 采出率基本等于平均采出率。 3 沿垂直方向。沿煤层垂直方向上共布置 了 15 层标志颗粒， 每层有 21 6 个 126 个， 如 图 2b 所示， 根据垂直方向上各个层位标志颗粒 回收情况， 顶煤采出率沿垂直方向的分布规律如 图 5 所示 至底板高度换算后的为实际高度 。 图 5顶煤采出率沿煤层垂直方向分布规律 Fig. 5Distribution law of top － coal recovery ratio along coal seam’ s vertical direction 根据工作面的实际煤厚， 将顶煤中距离底板 2. 5 ～3. 5 m 的部分定义为低位顶煤; 距离底板 3. 5 ～5. 5 m 的部分定义为中位顶煤; 距离底板 5. 5 ～ 6. 5 m 的部分定义为高位顶煤。从图 5 可以看出， 低位顶煤采出率为 68. 25 ， 明显小于中位和高位 顶煤采出率。在中位和高位顶煤区域内， 顶煤采 出率随着高度增加有微小波动， 但总体波动平稳。 中位 顶 煤 采 出 率 为 80 ， 高 位 顶 煤 采 出 率 为 79. 21 。低位顶煤放出受移架等操作的影响较 大， 容易形成端头冒落和步距煤损， 故采出率较 低; 随着顶煤高度的逐渐增加， 中位和高位顶煤放 3 2015 年第 12 期煤 炭 科 学 技 术 第 43 卷 出时受支架尾梁的影响逐渐减小， 顶煤采出率大 小接近整体的平均采出率。 2. 3“几” 字形分布数值模拟验证 采用 PFC2D数值软件， 建立沿倾向的急倾斜煤 层综放开采离散元数值模型， 如图 6 所示。模型中 共设置 36 个支架， 上端头留 9 架不放煤， 下端头 留 7 架不放煤， 从 27 号支架开始， 下行放煤至 8 号支架结束。数值计算中的“几” 字形分布如图 7 所示， 图中计算端头损失的虚线上边界为工作 面中部采出率稳定段的顶煤采出率平均值。由 图 7 可知， 数值计算的结果亦呈现出典型的“几” 字 形分布， 这与三维散体相似模拟所得结论相一致， 进 一步验证了急倾斜煤层综放开采顶煤采出率的 “几” 字形分布规律。 图 6PFC2D数值模型 Fig. 6PFC2Dnumerical model 图 7数值计算中的 “几” 字形分布 Fig. 7 “π”shape distribution of top － coal recovery ratio in numerical calculation 3顶煤放出体反演 顶煤采出率大小是顶煤放出体和煤岩分界面相 互作用的结果， 从顶煤放出体形态和煤岩分界面空 间演化的角度探究急倾斜煤层综放开采顶煤采出率 呈现 “几” 字形分布的机理。三维相似模拟试验结 束后， 对各架放出的标志颗粒编号进行统计， 根据不 同编号代表的空间坐标， 将第 1114 号支架的放出 体进行反演至未放煤的初始状态， 得到各架放出体 空间形态反演， 如图 8 所示。 由图 8 可知， 14 号支架 初始放煤 的顶煤放出 图 8放出体空间形态反演 1114 号支架 Fig. 8Ｒeversed spatial shape of drawing body Support 1114 体体积最大， 随后 1311 号各支架的放出体体积明 显减小， 且无固定形态。由于 14 号支架是在消除边 界影响的条件下进行放煤， 可以较好地反映急倾斜 条件下顶煤松动范围和运移过程， 故对 14 号支架的 放出体形态进行详细分析。第 14 号支架放出体在 XOZ 平面上 沿煤层倾向 的投影如图 9 所示。 图 9放出体在 XOZ 平面投影 14 号支架 Fig. 9Drawing body in XOZ section plane Support 14 由图 9 可知 1 从 14 号支架放出的顶煤并非来自该支架垂 直煤层正上方的区域， 而多来自于工作面的上端头 区域， 顶煤放出体向工作面上端头延伸的趋势非常 明显， 其延伸范围约为 5 个支架的宽度。 2 顶煤放出体在 XOZ 剖面上呈现出类似 “枣核 状” 的形态， 依据顶煤放出体边界与煤岩分界面以 及支架顶梁相交的情况， 可以将顶煤放出体在 XOZ 剖面上的边界线分为 4 个部分， 以支架放煤口中心 为原点建立沿倾向的坐标系 XOZ， 求得 4 部分曲 线的方程如下 直线段Ⅰ方程为 Z1 2623. 11 ＜ X ＜26. 12 1 曲线段Ⅱ的方程为 Z2 － 0. 04X2 1. 92X 4. 07 3. 54≤X≤23. 11 2 直线段Ⅲ方程为 Z3 103. 54 ＜ X ＜10. 44 3 4 王家臣等 急倾斜厚煤层综放开采顶煤采出率分布规律研究2015 年第 12 期 曲线段Ⅳ方程为 Z4 0. 06X2 2. 31X 30. 77 10. 44≤X≤26. 12 4 由式 1 式 4 可知， 顶煤放出体边界线中， 受煤岩分界平面和支架顶梁平面的影响， 第Ⅰ、 Ⅲ部 分为直线段; 而第Ⅱ、 Ⅳ部分则为曲线段， 且均符合 二次曲线关系， 比较曲线段Ⅱ和曲线段Ⅲ的差别， 可 以看出第Ⅳ部分曲线比较陡峭， 而第Ⅱ部分则比较 缓和， 这是由于在放出过程中， 顶煤与顶梁接触界面 的摩擦因数小于顶煤与岩石接触面摩擦因数， 靠近 支架部分的顶煤颗粒的运动阻力较小， 导致顶煤放 出体在靠近顶梁处发育较快。 3 顶煤放出体向上端头发育的特点和“枣核 状” 的形态导致了急倾斜煤层综放工作面上端头区 域的顶煤更容易被放出， 而下端头区域的顶煤放出 则较为困难， 故而上端头煤损小于下端头煤损， 最终 使得顶煤采出率呈现出 “几” 字形分布。 4煤岩分界面分析 煤岩分界面是放出体发育的边界条件， 研究急 倾斜煤层综放开采初始放煤过程中煤岩分界面空间 形态， 可以显示出煤层倾角对其产生的影响。煤岩 分界面在煤矸散体介质流场中的动态演化过程， 可 以看作破碎矸石不断混入顶煤并逐渐向放煤口方向 流动的过程。提取 PFC3D数值模拟放煤见矸时刻矸 石流的空间形态， 如图 10 所示。 图 10初始煤岩分界面空间形态 Fig.10The initial spatial shape of the interface between coal and rock 由图 10 可知， 在放煤过程中， 初始煤岩分界 面空间形态的变化特点 ①沿煤层走向方向放煤 口中心线和铅垂线重合， 煤岩分界面大致对称于 放煤口中心线 垂直线 。②沿煤层倾向方向受 煤层倾角影响， 放煤口中心线和垂直线呈 45 夹 角， 煤岩分界面呈现出明显的非对称性， 沿倾向 剖面煤岩分界线靠近下端头的部分陡峭而较短， 近似竖直线; 靠近上端头的部分相对平缓而较 长。结合图 10c 中拟合所得的空间曲面形态， 发 现煤岩分界面在上端头区域有明显的沉降特征。 初始放煤煤岩分界面的特征说明急倾斜煤层综 放煤岩分界面的特殊性主要体现在沿煤层倾向方 向， 故根据二维数值模型， 分析正常放煤段煤岩分界 面的特征， 及对顶煤采出率的影响。放煤过程中煤 岩分界面变化如图 11 所示。 图 11煤岩分界面演化过程 Fig. 11The development process of interface between coal and rock 由图11 可知， 在放煤过程中， 由于上端头顶煤容 易被放出， 故煤岩分界线靠近上端头的部分会逐渐变 长; 而下端头顶煤由于被破碎的直接顶压实而不易被 放出， 故煤岩分界线靠近下端头的部分始终较短。因 煤岩分界线约束区内的顶煤即端头损失的煤量， 故煤 岩分界线的这种特征会导致上下端头煤损差异较大 图7 ， 最终导致上端头顶煤采出率大于下端头， 这 是顶煤采出率呈 “几” 字形分布的根本原因。 5现场实测 5. 1实测方案与结果 采用自主研制的顶煤运移跟踪仪 ［19 － 20］， 在大 远煤业 1201 工作面对急倾斜煤层综放顶煤采出率 进行现场实测。沿工作面每隔 4 台支架施工 1 个测 试钻孔， 每个孔内顶煤运移标签的垂距为 0. 5 m， 如 图 12 所示。 因受到采煤机位置限制， 工作面 11 号、 12 号架 间未设钻孔测定; 下平巷沿煤层顶板布置， 靠近下端 头位置顶煤变薄， 故 3 号、 4 号支架间未测定， 最终 在 6 个测试钻孔内共安设 37 个标签， 由于顶煤厚度 5 2015 年第 12 期煤 炭 科 学 技 术 第 43 卷 图 12顶煤跟踪仪安设方案示意 Fig. 12Layout of top － coal tracking system 的变异性， 各孔内标签数量为 5 ～7 个。在工作面正 常放煤过程中， 标签随顶煤放出， 在运输巷内安装信 号接收仪记录从不同钻孔内放出标签的编号及数 量。 工作面推过标签安设区域后， 共回收 29 个标 签， 即现场实测的平均顶煤采出率约为 78. 38， 该 结果与三维室内试验的结果 75. 93 较为吻合。 顶煤采出率沿煤层垂直方向不同高度的分布如图 13 所示。 图 13沿煤层垂直方向不同层位顶煤采出率 Fig. 13Diffrent of top － coal recovery ratio along coal seam’ s vertical direction 由图 13 可以看出， 沿煤层垂直方向中位顶煤的 采出率最高， 高位顶煤采出率次之， 低位顶煤采出率 最低。结合图 5 可知， 该结果印证了室内三维散体 试验结论的正确性， 说明急倾斜煤层综放开采顶煤 采出率沿煤层垂直方向呈现出中位“高位“低位的 分布特征。同时， 本次现场实测与其他矿区综放工 作面的实测结果所得结论一致［15， 20 ］， 即综放开采放 煤过程中， 沿煤层垂直方向中位顶煤采出率均大于 高位和低位顶煤采出率， 说明该结论具有普遍性。 5. 2实测与试验顶煤采出率对比分析 为了进一步验证顶煤采出率呈“几” 字形分布 规律， 计算各个测试钻孔的顶煤采出率， 并与室内模 拟试验和 PFC2D数值试验的结果进行对比分析， 如 图 14 所示。 现场实测结果表明顶煤采出率依然服从“几” 字形分布规律 即工作面中部的顶煤采出率最高， 且 大于平均顶煤采出率 78. 38; 工作面上端头和下 图 14现场实测值与室内试验、 数值计算结果比较 Fig. 14Top － coal recovery ratio comprasion of laboratory experiment， numerical calculation and field test 端头顶煤采出率均低于平均采出率， 其中， 下端头的 顶煤采出率最低。这与三维室内试验和 PFC2D数值 模拟的结果基本吻合。通过现场实测的方法进一步 验证了急倾斜煤层综放顶煤采出率的“几” 字形分 布规律正确性。同时依据“几” 字形分布规律， 提出 以下措施建议， 以提高现场生产的顶煤采出率。 1 由 “几” 字形分布规律可知， 工作面下端头的 顶煤采出率最低， 现场采用上下端头各 5 架不放煤 的方案。建议将下端头不放煤支架数目由 5 架减少 至 2 ～3 架， 重点回收下端头顶煤。 2 针对生产初期上端头顶煤漏冒严重的问题， 建议对工作面上端头回风巷顶部煤体进行锚索加 固， 确保回风巷和上端头支架的稳定性。 3 目前工作面长度为 60 m， 建议适当增加工作 面长度， 扩大工作面中部高采出率区域的面积， 提高 整体采出率。 6结论 1 运用自主研制的顶煤运移跟踪仪， 对1201 急 倾斜煤层综放工作面顶煤采出率进行现场观测， 实 测值与室内试验和数值模拟计算结果基本吻合， 验 证了顶煤采出率 “几” 字形分布规律的正确性。 2 急倾斜厚煤层走向长壁综放开采顶煤采出 率沿煤层倾向呈现 “几” 字形分布， 其原因是由于工 作面倾角大， 工作面上端支架充分放煤导致上巷顶 煤放空， 下部支架放出的顶煤是其上部支架的顶煤， 故顶煤采出率沿煤层倾向呈现“几” 字形分布， 这是 急倾斜厚煤层综放开采的普遍规律。在近水平厚煤 层综放开采中也会出现类似现象， 即工作面上下端 头的采出率总是低于工作面中部， 但没有急倾斜煤 层综放开采如此明显和突出。 3 急倾斜厚煤层综放开采顶煤放出体向工作 面上端头延伸趋势明显， 延伸范围约为 5 个支架的 宽度; 放出体在煤层倾向剖面上呈类似“枣核状” 形 6 王家臣等 急倾斜厚煤层综放开采顶煤采出率分布规律研究2015 年第 12 期 态， 且放出体在靠近顶梁处发育较快， 导致上端头区 域的顶煤更容易被放出。 4 煤岩分界面沿煤层倾向的非对称性， 使得急 倾斜煤层综放工作面上下端头煤损差异较大， 工作 面上端顶煤采出率大于工作面下端; 数值计算结果 亦服从顶煤采出率的 “几” 字形分布规律。 参考文献 ［ 1］王家臣． 我国综放开采技术及其深层次发展问题的探讨［J］． 煤炭科学技术， 2005， 35 1 14 －17． Wang Jiachen． Fully mechanized longwall top coal caving technolo- gy in China and discussion on issues of further development［J］． Coal science and technology， 2005， 35 1 14 －17． ［ 2］Wang Jinhua． Development and prospect on fully mechanized min- ing in Chinese coal mines［ J］ ． International Journal of Coal Science ＆ Technology， 2014， 1 3 253 －260． ［ 3］王家臣． 厚煤层开采理论与技术［M］ ． 北京 冶金工业出版社， 2009 48 －50． ［ 4］王金华． 特厚煤层大采高综放开采关键技术［J］ ． 煤炭学报， 2013， 38 12 2089 －2098． Wang Jinhua． Key technology for fully － mechanized top coal ca- ving with large mining height in extra － thick coal seam［J］． Jour- nal of China Coal Society， 38 12 2089 －2098． ［ 5］王家臣， 张锦旺． 综放开采顶煤放出规律的 BBＲ 研究［J］． 煤 炭学报， 2015， 40 3 487 －493． Wang Jiachen， Zhang Jinwang． BBＲ study of top － coal drawing law in longwall top － coal caving mining［ J］ ． Journal of China Coal So- ciety， 2015， 40 3 487 －493． ［ 6］谢俊文， 高小明， 上官科峰． 急倾斜厚煤层走向长壁综放开采 技术［J］． 煤炭学报， 2005， 30 5 545 －549． Xie Junwen， Gao Xiaoming， Shangguan Kefeng． Long wall mechanized top － caving techniques along strike in steep － inclined thick coal seam ［ J］ ．Journal of China Coal Society， 2005， 30 5 545 －549． ［ 7］李海宁， 曹春玲． 急倾斜厚煤层长壁式综放开采技术［J］． 煤炭 科学技术， 2004， 32 2 31 －34． Li Haining， Cao Chunling． Fully mechanized longwall caving min- ing technology in deep inclined thick seam［J］ ． Coal Science and Technology， 2004， 32 2 31 －34． ［ 8］张勇， 张保， 刘金凯， 等． 急倾斜厚煤层走向长壁开采底板 破坏滑移机理［J］ ． 煤炭科学技术， 2013， 41 10 9 －12． Zhang Yong， Zhang Bao， Liu Jinkai． et al． Damage and slip mecha- nism of floor in longwall mining on the strike of steep and thick coal seam［ J］ ． Coal Science and Technology， 2013， 41 10 9 －12． ［ 9］王树仁， 王金安， 戴涌．大倾角厚煤层综放开采顶煤移动规律与破 坏机理的离散元分析 ［ J ］ ．北京科技大学学报， 2005， 27 1 5 －8． Wang Shuren， Wang Jinan， Dai Yong． Distinct element analysis on coal movement law and failure mechanism during mechanized top － coal caving in steep thick seam［ J］ ． Journal of University of Sci- ence and Technology Beijing， 2005， 27 1 5 －8． ［ 10］Kang Hongpu． Support technologies for deep and complex road- ways in underground coal mines a review［J］． International Jour- nal of Coal Science ＆ Technology， 2014， 1 3 261 －277． ［ 11］黄志增， 任艳芳， 张会军． 大倾角松软特厚煤层综放开采关键 技术研究［J］． 煤炭学报， 2010， 35 11 1878 －1882． Huang Zhizeng， Ｒen Yanfang， Zhang Huijun． Study on key tech- nology of fully mechanized top － coal caving in extra － thick soft coal seam with great dip angle［J］． Journal of China Coal Society． 2010， 35 11 1878 －1882． ［ 12］王树仁， 王金安， 刘淑宏， 等． 大倾角厚煤层综放开采颗粒元 分析［J］． 北京科技大学学报， 2006， 28 9 808 －811． Wang Shuren， Wang Jinan， Liu Shuhong， et al．Particle flow analysis on mechanized top －coal caving in steep thick seam［ J］ ． Journal of Uni- versity of Science and Technology Beijing， 2006， 28 9 808 －811． ［ 13］王家臣， 富强． 低位综放开采顶煤放出的散体介质流理论 与应用［J］． 煤炭学报， 2002， 27 4 337 －341． Wang Jiachen， Fu Qiang． Low top － coal caving off the loose me- dium flow theory and application［J］． Journal of China Coal Soci- ety， 2002， 27 4 337 －341． ［ 14］王家臣， 李志刚， 陈亚军， 等． 综放开采顶煤放出散体介质流 理论的试验研究［J］． 煤炭学报， 2004， 29 3 260 －263． Wang Jiachen， Li Zhigang， Chen Yajun， et al． The experimental study of loose medium flow field on the longwall top － coal caving ［J］． Journal of China Coal Society， 2004， 29 3 260 －263． ［ 15］王家