硬夹矸下特厚煤层顶煤开采破碎机制与控制策略优化

本研究聚焦于综放开采含硬夹矸特厚煤层的技术挑战，特别是针对顶煤冒放性差和回收率低的问题。作者冯宇峰采用理论分析、数值模拟以及现场实测的方法，深入探讨了顶煤破碎的力学过程。首先，构建了一个夹矸破断的均布载荷薄板力学模型，通过数值模拟，研究人员揭示了不同夹矸层数对顶煤破碎机理和冒放性能的关键影响。在理论分析中，他们发现工作面中部的煤层由于受到滞后煤壁约3至5米的距离，处于拉伸破坏的区域，而两端头则倾向于剪切破坏，这与夹矸层数成正相关。 进一步的研究利用LS-DYNA3D显式动力分析程序，模拟了不同装药方式和炮孔位置下的爆破效果。研究结果显示，非耦合装药策略和将炮孔安置在夹矸内部可以显著提升爆破效果，这是因为这种布置方式能够更有效地利用能量，减少对顶煤的破坏。此外，提出实施顶煤深孔预裂爆破技术，通过预先在煤层中钻孔并加载炸药，以减小直接爆破对顶煤的冲击，从而提高顶煤的释放率。 最后，通过优化采放工艺，如采取双轮间隔放煤的方式，研究指出这种方法能进一步增强顶煤的稳定性，降低夹矸对冒放性的影响。实验结果显示，实施这些改进措施后，顶煤的放出率可提高到85%以上，显著改善了综放开采的经济效益和开采效率。 这项研究对于理解和控制含硬夹矸特厚煤层的开采具有重要意义，为提升煤炭开采过程中的破碎效率和资源利用率提供了科学依据和技术指导。