[發明專利]一種綜放工作面多放煤口協同放煤方法

有效

• 申請號: 201811197363.3
• 申請日: 2018-10-15
• 公開（公告）號: CN109403975B
• 公開（公告）日: 2020-06-26
• 發明（設計）人: 劉闖;李化敏;李東印;周英;王文;張旭和
• 申請（專利權）人: 河南工程學院
• 主分類號: E21C41/18
• 分類號: E21C41/18
• 代理公司: 鄭州立格知識產權代理有限公司 41126
• 代理人: 李紅衛

1.一種綜放工作面多放煤口協同放煤方法，其特征在于：包括以下步驟：

1)、起始放煤：第1個n個放煤口的放煤過程為起始放煤，第1個n個放煤口以近似傾斜直線的煤巖分界面進行放煤；在起始放煤開始時，同時打開第1個n個放煤口同時放煤，然后以時間間隔逆次關閉第n個放煤口至第2個放煤口，當第一個放煤口達到預定的時間間隔后，再同時打開第2至第n放煤口，使第1個n個放煤口同時放煤，此時，起始放煤結束；

2)、中間放煤：第1個n個放煤口和最后一個n個放煤口之間的放煤過程為中間放煤，此時第1個n個放煤口同時放煤；按照見矸關門的原則，當第1個放煤口見矸時，關閉第1個放煤口同時打開第(n+1)個放煤口，當第2個放煤口見矸時，關閉第2個放煤口同時打開第(n+2)個放煤口，始終保持n個放煤口同時連續放煤，按照這種放煤方式，直到當第(N-n)個放煤口見矸時，打開第N個放煤口，此時中間放煤過程結束，N為綜放工作面的放煤口個數；

3)、末端放煤：最后一個n個放煤口的放煤過程為末端放煤，此時第N-n+1至第N個放煤口同時放煤；按照見矸關門的原則，在第(N-n+1)個放煤口見矸時，關閉該放煤口，保持(n-1)個放煤口連續放煤；當第(N-n+2)個放煤口見矸，關閉該放煤口，保持(n-2)個放煤口同時放煤，直至僅有第N個放煤口放煤，第N個放煤口的關閉標志著末端放煤過程的結束。

2.如權利要求1所述的綜放工作面多放煤口協同放煤方法，其特征在于：所述的步驟1)中所述的時間間隔的計算方法是根據放礦理論中的顆粒移動方程，估算各個放煤口開啟的時間間隔，具體如下所述：

21)由類橢球體放礦理論知：

式中：Q：放出散體Qf時，顆粒A移動到達的位置相應的移動體體積，單位為m³；

Qf：放出時間t秒末放出的放出體體積，單位為m³；

K，n1，m—實驗常數，與放出條件和物料性質有關，K稱為移動邊界系數，n1稱為移動跡線系數，m為速度分布指數；

q—單位時間的放出體體積，單位為m³；

R、R0、X0—顆粒A移動前的坐標為(X0，Y0，Z0),徑向坐標值為R0；顆粒A移動后的坐標為(X，Y，Z)，徑向坐標值為R；

ρa為靜止密度，ρ0為放出密度；散體放出前，散體場中的密度各處都相同，也不隨時間而變化，即密度場是均勻場、定常場，設此時密度為ρa，ρa稱為初始密度，ρ0稱放出的散體密度；

22)類橢球體放礦理論實際散體的移動過渡方程為：

式中：α是密度變化常數，其值是與靜止密度ρa和放出密度ρ0有關的常數，由試驗得出；

松動范圍系數C是一個與放出條件和散體性質相關的實驗常數，近似取15；

式中：Q0—移動前坐標X0、R0的顆粒A相應的移動體體積，單位為m³；

將Q、Qf、Q0值代入式2-48得：

化簡后得：

則

式2-52是根據實際散體的移動方程，推導出來的移動散體在由點(X0、R0)移動到點(X、R)所需要時間t的求解公式，將已知的K、m、n1、α、q0、X0、R0、X、R直接代入式2-52中，即可求解t值，式中的X0、R0、X、R可根據放煤口中線與煤巖分界面交點處的坐標確定；

但是由于式2-52中X0、R0、X、R值大小都與開啟的放煤口數量和位置有關，而放煤口數量和位置是一直變化的，因此要想用此方法進行求解時間t，必須對計算參數進行簡化處理，即將每個放煤口中線上方顆粒整個移動過程中的放煤口數量，近似為一個平均的放煤口數量Nn進行計算，計算公式如下：

…

Nn1，Nn2，Nn3…Nnn分別是第1、2、3、…n個放煤口中線上方顆粒整個移動過程中的放煤口數量；

23)、求解x

同時放煤的放煤口數量為x時，對第n個放煤口中線上的煤巖分界面有影響，則此時第n個放煤口的中線距離x/2放煤口處的水平距離為(nl-0.5l-0.5xl)，滿足下式2-22：

nl-0.5l-0.5xl＜0.5xl+(0.30～0.36)h (2-22)

l為：各放煤口的寬度；h為：頂煤高度；當同時放煤的放煤口數量為(x-1)時，此時放煤，對第n個放煤口中線上的煤巖分界面沒有影響，則此時第n個放煤口的中線距離(x-1)/2放煤口處的水平距離為[nl-0.5l-0.5(x-1)l]，滿足下式2-23：

nl-0.5l-0.5(x-1)l＞0.5(x-l)l+(0.30～0.36)h (2-23)

聯立式2-22，2-23得：

0.5xl-l+(0.30～0.36)h＜nl-0.5l-0.5xl＜0.5xl+(0.30～0.36)h (2-24)

化簡后得：

(0.30～0.36)h-l＜nl-0.5l-xl＜(0.30～0.36)h (2-25)

解不等式得：

對于求得的x值，取與x值最接近的整數值，第x個放煤口的關閉是第n個放煤口中線上方煤巖分界面穩定的標志；

24)、得到時間間隔：

用式2-26求解式2-53中的x值，根據估算的Nn值，可以得到每個放煤口中線與煤巖分界面起始交點處的X0、R0值，再根據放煤口中線與預期煤巖分界面交點處的X、R值，由X0、R0、X、R帶入式2-52，可得時間間隔t，估算出每個放煤口中線上的煤巖分界面從最初狀態運動到預期煤巖分界面所需要的總時間T，從而直接得到了每個放煤口開啟的總時間T；

設第n個放煤口總的放煤時間為Tn，第(n-1)個放煤口總的放煤時間為T(n-1)…，第1個放煤口總的放煤時間為T1，則各個放煤口開啟的時間T可用下式表示：

T_n＝t₁

T_n-1＝t₁+t₂

T_n-2＝t₁+t₂+t₃

…

T₃＝t₁+t₂+…t_n-2

T₂＝t₁+t₂+…t_n-1

T₁＝t₁+t₂+…t_n

根據求得的各個放煤口開啟的時間T，對多放煤口起始放煤過程中各個放煤口的放煤時間進行精確的控制，以期達到在起始放煤過程結束后，能夠形成一近似傾斜直線的煤巖分界面。

3.如權利要求1所述的綜放工作面多放煤口協同放煤方法，其特征在于：所述的參數n滿足下述條件：

放煤口數量n滿足關系式：

其中：b—放煤支架寬度，m；

L2—下位硬巖層沿工作面傾向方向的破斷距，m；

h2—下位硬巖層的厚度，m；

Rt—下位硬巖層的抗拉強度，MPa；

q2—下位硬巖層上部載荷，MPa。