科技情報開發(fā)與經(jīng)濟SCITECH INFORMATION DEVELOPMENT & ECONOMY2005年第1S卷第13期文章編號:1005- 6033(2005)13- -0170-02收稿日期:2005-06-01放頂煤煤體破碎度實驗研究梁富生(山西煤炭職業(yè)技術(shù)學(xué)院，山西太原,030031)摘要:實驗研究 支承壓力(采深)、煤體強度和裂隙發(fā)育程度對煤體破碎塊度分布的影響變化規(guī)律。根據(jù)頂煤回收要求與可放塊度原則得出預(yù)測臨界采深的實用關(guān)系式，并以加權(quán)平均塊度評價支承壓力、煤體強度和裂隙發(fā)育程度等3個因素對項煤可放性分類的影響,提出頂煤可放性的三因素評價準(zhǔn)則。關(guān)鍵詞:放頂煤;破碎度;頂煤可放性中圖分類號:TD31.文獻標(biāo)識碼:A3.5廠1實驗方法st實驗室用三軸試驗設(shè)備模擬支承壓力作用下煤巖的受載破碎過程，爾2.0|研究大尺寸煤體破碎塊度分布規(guī)律,用塊度指標(biāo)評價頂煤壓裂效果。該實驗設(shè)備可實現(xiàn)三向加載，模擬開采深度的應(yīng)力(即支承壓力)變化情來1.5-況。根據(jù)媒體強度變化范圍,選擇σ.分別為10 MPa,20 MPa,30 MPa,40MPa等4種強度條件下模擬不同應(yīng)力(采深)時煤體破碎塊度分布規(guī)律。0.5研究表明,頂煤的破碎主要發(fā)生在煤壁前方支承壓力峰值(KH4H)位2C406080置,以該處頂煤單元體受力狀態(tài)實驗研究頂煤壓裂破碎規(guī)律是符合實際支撐壓力/MPa的。將其視為平面應(yīng)變狀態(tài)，與煤壁平行方向應(yīng)變?yōu)?,垂直應(yīng)力σ=日1 D與a，關(guān)系KyH,側(cè)向應(yīng)力σ;=λyH,煤體主要是受σ,和σs控制的剪切破壞,符合D=0.018 356 40σ+1.264 270 (σ,=30 MPa)1)Coulomb-Mohr強度準(zhǔn)則。D2=0.023 979 40o+1.029 740 (o.=40 MPa)壓裂試驗時,用分選篩篩分實測煤體破碎后不同塊度范圍的塊數(shù)與由(1)式和圖1可見，破碎程度的塊度分維(D)和支承壓力(σn=重量值.計算塊數(shù)概率和負(fù)累積產(chǎn)率,由此分析受載煤體的破碎塊度分KylH)成線性正比關(guān)系。隨支承壓力升高,頂煤破碎塊度分維(D)增加。布規(guī)律。由塊度分維的物理定義,DI增加則破碎煤體的小塊度比例多，大塊度比2煤體 自然受載作用下破碎塊度分布規(guī)律例少,從而媒體的總體破碎高。這就說明支承壓力升高時D.增加,媒體破碎程度加劇,破碎塊度減小。2.1 煤體破碎的塊數(shù)分維特征(D,)與支承壓力(KyH )的相關(guān)分析支承壓力on和H成線性正比關(guān)系。由此可知D,和H亦為線性正比塊度分布特征是諸如爆破、自然受載、機械破碎、磨礦等破碎過程所關(guān)系,故煤體破碎程度和采深H之間存在有相同的變化規(guī)律,即采深H產(chǎn)生的松散礦石的不同塊度組成分布,可用塊度分布方程描述。壓裂實增加將會增加頂煤破碎程度,減小塊度,提高可放性。驗表明.頂煤壓裂塊度分布組成特性遵循指數(shù)分布方程:P(d)=A. d。2.2 煤體破碎塊度分布的重量分維( D)特征煤巖破碎后,塊度分布是千差萬異的。研究表明,煤巖破碎程度即塊經(jīng)回歸分析,D2和σ之間的關(guān)系為:度分布可用塊度分維值來定量描述。根據(jù)塊度分維的計算方法不同,可D_=0.156 082 -0.001 833 03σ (σ=10 MPa)分為塊度的塊數(shù)分維(D)和塊度的重量分維(D2)。通過試驗,測算D和D_=0.404 306 -0.001 199 40σ (σ=20 MPa)(2)D2即可分析和相關(guān)因素的變化關(guān)系,從而由D,D2來研究相關(guān)因素對煤D-=1.051 810 0.007 81550σ; (σ=30 MPa)巖破碎程度的影響。D=1.016 780 -0.007 61372σ\ (σ=40 MPa)由試驗數(shù)據(jù)繪制的不同煤體強度時破碎塊度的塊數(shù)分維(D)與支由(2)式可見,當(dāng)煤體強度σ.不變時,隨支承壓力(σ)增大,頂煤壓承壓力(KyH)的關(guān)系曲線見圖1。裂破碎塊度分布的重量分維值D2下降，說明支承壓力增加的影響可使煤體破碎程度(D,)與支承壓力(σ=KyH )之間的關(guān)系為:壓裂效果顯著,小塊度的比例增多而大塊度比例減少,這種塊度分布特D=0.027 831 30σ+0.58 354 (σ-=10 MPa)征的破碎煤體則容易放出,頂煤冒放性好,回收率高。D_0.008 372 98 0n+1.779 210 (σ.=20 MPa)為表征支承壓力()和煤體強度(σ,)對破碎塊度重量分維(D)的綜The Design Of the 1- -36 m Pedestrian Middle-bearing Arch BridgeRUAN Wen-zhd中國煤化工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.粱富生放頂煤煤體破碎度實驗研究本刊E-mail:bjb@rmail.sxinfo.net科技研討合影響,用o1σ.應(yīng)力強度比值作為變量,經(jīng)回歸有:表1在理想放煤條件下試驗回歸公式的采深預(yù)測參考值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下降即頂煤破碎程度增大,小塊度比例增H'y/m5 T 308543722 855 960 10401105加而大塊度比例堿少,從而高o/o.能提高頂煤冒放性。此外,σ增加時d-=63.889 22+0.804 39 σ. -0.51672 o (em)6)D:下降,o.減小時D2下降,說明高支承壓力和低媒體強度可使煤體破碎由(6)式分析可知,煤體強度(<.)增加,平均塊度do增加,即隨o。增程度增加,有利于提高頂煤回收率。加破碎程度變差;支承壓力(o)增加，平均塊度da減小,即隨on增加破將D2和0σ,σ,作二元線性回歸,有:碎效果變好。研究表明,支承壓力(σ~)或采深(H)對頂煤破碎的影響比煤D.=0.277 482-0.002 738 σ:+0.012 466 o。(4)體強度的影響更顯著 ,其中σ的影響是第-一位的, 而o.的影響是第二位在此,a增加,D2減小;σ。降低,則D2減小，和前述分析結(jié)論- -致。的。2.3 煤體壓裂破碎的塊度(dx)相關(guān)影響規(guī)律2.3.1加權(quán)平 均塊度(da)與支承壓力(σ,)相關(guān)規(guī)律3滿足 可放塊度和理想放煤率的臨界采深預(yù)測在煤體壓裂破碎后加權(quán)平均塊度(da)與支承壓力(σ,)、強度(σ.)之在頂煤可放性基礎(chǔ)研究中,壓裂實驗旨在探討不同煤層強度條件下間的變化規(guī)律如圖2。由圖2可知，在不同的煤體強度條件下,do與σ滿足可放出塊度要求且有理想放煤率時臨界采深預(yù)測評價準(zhǔn)則.即研究存在如下線性反比關(guān)系,即:放頂煤開采煤層強度(σ.)、支承壓力(σ,=KyH)或采深(H)與塊度尺寸do-=53.525 7- 0.204501《σ=l0 MPa)(dx)所應(yīng)滿足的相互關(guān)系式,為預(yù)測和評價頂煤可放性奠定了基礎(chǔ)。da=61.9200- 0.1544σ(σ,=20 MPa)(5)由實驗結(jié)果,不考慮裂隙時滿足可放塊度和理想放煤率(85 %)之a(chǎn)do=118.086 7-0.9102σ (σ_=30 MPa)和σ。關(guān)系為:dx=112.749 5-0.85190n (σ=40 MPa)σ=127.049 91 EXP(-17.045 710o.)式中do為破碎煤體的加權(quán)平均塊度,cm。根據(jù)(7)式,y=0.025 MNm',應(yīng)力集中系數(shù)K=3.0,將其代人(7)則可12得實驗條件下的臨界采深預(yù)測公式為:100Hy=1 693.998 8 EXP(-17.045 710,)8)表1為式(8)計算的采深預(yù)測參考值。目40...4考 慮現(xiàn)場裂隙修正因素的頂煤破碎塊度的預(yù)測公式20在頂煤體壓裂試驗的基礎(chǔ)上,考慮放頂煤開采現(xiàn)場裂隙因素對頂煤oL破碎塊度的影響,可得出由支承壓力(on)、煤體強度(σ.)和裂隙發(fā)育程度04(5080(1,n)3因素決定的煤體破碎的加權(quán)平均塊度預(yù)測公式為:主壓力/MPade=966.9- 4.0r+8.30-184.3(/n)- -219.7(σ/0) (mm)9)圖2 do 和σ;變化規(guī)律式中,1為裂隙平均間距,m;n為裂院組數(shù)。其余意義同前。稱(9)式由圖2和(5)式可知:其- .放頂煤采場在支承壓力破煤作用下,頂煤為預(yù)測塊度的三因素準(zhǔn)則。壓裂破碎后加權(quán)平均塊度do和支承壓力(KyH)大致成線性反比規(guī)律,和通過預(yù)測的do的塊度大小，即可初步評價特定煤層條件的頂煤冒媒體強度(σ.)成正比規(guī)律,即支承壓力越大,一定強度煤體壓裂后加權(quán)平放性。依據(jù)加權(quán)平均塊度大小，其具體的評價分類臨界值為:均塊度越小，煤體強度越大則在相同支承壓力作用下壓裂后do越大;其(1)dq≤200 mm,頂煤可放性好, 1類;二,當(dāng)σ_=0 MPa -20 MPa時,隨支承壓力從小到大變化d婦o減小幅度較平(2)200 mm900 mm~1000 mm,頂煤可放性極差, V類。果,使加權(quán)平均塊度明顯減小,此點說明硬以上煤質(zhì)條件,唯有在大采深或根據(jù)(9)式預(yù)測的塊度的變化范圍即可做放頂煤開采條件的評價。高支承壓力時才能使頂煤達到預(yù)期可放出塊度的壓裂效果;其三,大多數(shù)(責(zé)任編輯:白尚平)煤層賦存條件(σ=0 MPa 40 MPa),實驗說明當(dāng)支承壓力σ=75 MPa-90MPa亦即采深H≥1 000 m時均可適應(yīng)放頂煤開采。第一作者簡介:梁富生,男,1964年3勝, 1986年畢業(yè)于山西礦業(yè)2.3.2加權(quán)平 均塊度(d).支承壓力(σ,)及煤體強度(σ.)相關(guān)規(guī)律學(xué)院,高級講師,山西煤炭職業(yè)技術(shù)學(xué)院,山西省太原市許坦東街2號,根據(jù)試驗數(shù)據(jù),經(jīng)回歸可得: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中國煤化工-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