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摘要
为实现综放开采顶煤冒放性的定量分析,提高资源采出率,采用室内实验、理论分析、数值计算和现场实测等研究手段,测试单轴抗压条件下型煤和原煤中超声波速的全程动态演化特征,构建超声波速预测模型并将其应用于综放开采顶煤冒放性预测。煤体弹性变形阶段,超声波传播速度保持不变,后继屈服阶段,裂隙的萌生和扩展导致超声波速呈现单调降低趋势,残余变形阶段,超声波速降低至残余值并保持稳定;将工作面前方顶煤超声波速分布划分为单阶段(I)、双阶段(I–II)和三阶段(I–III)三种类型,对于I型分布采场,顶煤不具备冒放性,I–II型分布采场,顶煤冒放性差,采出率为50%～70%,I–III型分布采场,顶煤冒放性良好,采出率大于70%;采用累积塑性应变表征煤中裂隙发育程度,构建超声波速预测模型,将预测模型与本构模型耦合实现承载煤体变形破坏过程和超声波速演化特征的准确模拟,采用实验数据验证了模型的可靠性;将超声波速预测模型应用于新柳煤矿顶煤冒放性评价,预测结果表明,该矿综放工作面前方顶煤超声波速分布属于I,II,III三阶段类型,顶煤冒放性良好,实测顶煤采出率为83.3%,煤层垂直应力和顶煤超声波速实测数据与预测结果具有较好的一致性,表明所构建的超声波速预测模型可用于不同开采条件下顶煤冒放性评价。
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