综放开采顶煤放出规律三维数值模拟

王家臣¹，魏立科^1,2，张锦旺¹，李兆龙¹

1. 中国矿业大学(北京)资源与安全工程学院2. 煤炭科学研究总院矿山安全技术研究分院

摘 要：综放开采中支架上方顶煤在矿山压力作用下破碎成散体,其力学特性与均质岩体相比有较大差异。基于离散元的三维颗粒流程序(PFC3D)能真实地反映顶煤放出过程,建立了综放开采顶煤放出的三维数值模拟模型,进行了不同采放比、放煤步距和放出体形态等的模拟。初始放煤过程中,顶煤颗粒会形成稳定的速度场及二次松散区域;顶煤放出体呈现出支架限定的类偏转椭球体,放出体轴偏角随放煤时间增大呈指数关系减小,放出体高度随放煤时间增大呈幂函数关系增大;顶煤放出体切割煤矸分界面所形成的漏斗面是一个中心轴朝采空区偏移的三维漏斗曲面;不同采放比与放煤步距下,顶煤采出率随工作面的推进呈现出典型的渐进稳定效应。

关键词：综放开采;三维数值模拟;离散元方法;PFC3D;放出体;