薄煤层充填开采超高水材料配比及充填工艺优化

为解决超高水材料在现场施工过程中易出现浆液泌水、甚至不凝固影响充填体强度等问题,进行优化材料配比试验,并在此基础上进行泌水率测试和不同搅拌工艺试验,以提高现场充填效果。试验结果表明:B料中石膏∶石灰比例为4∶1时,超高水材料的抗压强度最大;搅拌工艺对材料泌水率存在较大影响,合理的增加混合浆液搅拌时间能有效减少泌水率,进而减少添加剂掺量、减少成本。将改善后的材料配比及充填工艺应用于田庄煤矿薄煤层充填开采工作面,通过现场取样测试充填体强度和监测得到的实时顶底板移近量数据,充填体强度高于实验室强度,顶底板移近量仅为96 mm,取得了良好的充填效果。     

石人沟铁矿全尾砂充填胶凝材料配比优化试验

河北钢铁集团石人沟铁矿三期工程采用全尾砂胶结充填采矿法开采,以水泥为胶凝材料时充填成本高。为考察采用固体废弃物开发低成本和高性能的新型充填材料的可行性,以水淬渣为胶凝材料,进行了不同原料配比对充填体强度的影响试验。结果表明：石灰掺量对充填体强度的影响大于石膏掺量;料浆浓度为68%、胶砂比为1∶5条件下,石灰掺量为3%、石膏掺量为16.0%时,得到的充填体强度最高,7 d强度为2.42 MPa,28 d强度为5.87 MPa,可以满足石人沟铁矿充填采矿对充填体强度的要求。试验结果可以为石人沟铁矿实现低成本全尾砂胶结充填开采提供技术依据。     

陶一矿超高水材料充填开采试验研究

 针对邯郸矿业集团各矿“三下”压煤量大、煤炭资源采出率低的现状,在陶一矿进行了超高水材料充填开采技术研究与试验。在该技术中,选用超高水材料构筑采空区充填体,发明了与该材料性能配套的充填方法,并研制了大流量制浆充填工艺系统。结果表明：应用该技术可以有效地控制采空区上覆岩层的活动和地表的沉陷,解放“三下”压煤,延长矿井服务年限,产生极大的经济和社会效益。     

超高水材料液压支架后挂袋充填技术

超高水材料是一种新型绿色环保的材料,以该材料为基础的充填开采技术能够很好的解决建筑物下压煤的问题。介绍了超高水材料液压架后挂包充填开采技术实施过程,以陶一煤矿充2工作面为例介绍了相关的采煤工艺与充填工艺,并对影响充填效果的因素进行了分析。工程实践表明:超高水材料充填工作面矿压显现不明显,凝结后的充填体可以有效的控制采空区顶板,限制地表下沉。     

超高水材料充填体长期稳定性监测研究与实践

超高水充填是一种以固化"水"为主要支撑体系的建筑物下开采技术,因此其充填体长期稳定性监测十分必要。田庄煤矿为保证超高水充填工作的顺利进行和对充填效果做一中肯的、系统的评价,在3605工作面安装了顶底板变形仪和压力传感器,对超高水充填体的压缩变形量和长期受力情况进行长期现场监测,以评价超高水充填体密实度和长期稳定性,观测结果表明超高水材料在三相受力下稳定性显著增强。     

矿山充填技术及其发展方向

介绍了矿山充填开采发展历程及应用现状,又分别总结了矸石、膏体、高水材料及超高水材料胶结充填工艺和特点。目前应用较多的膏体充填技术有着材料费用和充填成本高等缺点,而刚处于起步阶段的超高水材料充填技术充填率高、成本低、密实性好、工艺简单,值得进一步研究和推广应用。     

超高水材料充填系统优化及应用研究

为了提高超高水材料充填工艺的充填效率,优化设计了超高水材料制浆系统,并在店坪煤矿某工作面展开工程实践应用。结果表明,优化后的制浆系统能实现上料、输水及内外循环搅拌功能的自动化。通过监测工作面顺槽顶板下沉量可知,随着超高水材料充填体强度增长,顶板下沉速率逐渐降低,最终下沉量仅为150.5 mm。     

煤矿超高水材料充填开采技术及其展望

基于超高水充填材料的性质,进行了超高水材料充填开采技术研究。该技术包含开放式、全包式、混合式等采空区充填方法,其充填工艺系统由材料储运、浆液制备、浆液输送和混合等4部分组成,并在多个矿井进行了应用。结果表明：超高水材料具有含水量高（水体积分数95%～97%）、凝固速度快（初凝8～90min）、早期强度高、固结体不可压缩、承载性能好、材料强度和凝固时间可调控等优良性能,是一种良好的采空区充填材料。该充填工艺系统初期投资低、操作简单、自动化程度高、管路磨损小。充填开采后,采空区充填率均在85%以上,采场矿压显现程度明显降低,地表建筑物破坏等级控制在国家规定的C级破坏范围内。     

超高水材料袋式充填开采研究

为了解放建筑物下压煤问题,采用新型的超高水材料作为采空区充填物,水体积和水灰比分别可达97%和11∶1.结合超高水材料的基本性能,提出进行采空区袋式充填开采.该技术将超高水材料混合浆液充入预先在采空区架设好的充填袋内,凝固后的充填体控制上覆岩层活动,以达到有效减缓地面沉降的目的.该技术在陶一煤矿充填试验面的成功运用说明:在井下潮湿、低温、封闭的环境中,超高水材料是一种性能良好的采空区充填材料;超高水材料袋式充填开采技术是解放建筑物下压煤的一种先进的煤矿绿色开采方法,具有充填工艺简单,初期投资低,机械化程度高,实际应用与操作方便,对煤矿地质条件及采煤工艺适应性强等显著优点.     

红土膏体充填材料及其物理特性试验研究

充填开采是实现矿山安全绿色开采的重要途径,但要求充填材料来源广泛、成本低,且必须能满足充填工艺要求,为开发新型膏体充填材料,以广西百色州景煤矿为工程背景,使用取材方便、成本较低的红土代替粉煤灰,将其与煤矸石,胶结材料混合制成红土膏体充填材料。通过试验测量不同固体材料质量比,不同干料质量分数的红土膏体充填材料的坍落度、扩展度、泌水率,并使用RYL-600剪切流变仪进行单轴压缩试验,测其抗压强度与弹性模量,进而分析红土膏体充填材料的强度特性,以及材料配比与干料质量分数对其性能的影响规律。研究结果表明:同等条件下与传统粉煤灰型充填材料相比,红土型充填材料强度差别不大,并且红土具有成本低、取材方便以及对环境无污染等优势;干料质量分数对充填体强度影响最大,当为80%时性能最优;随着红土掺量增加,充填体强度会降低,数据显示,红土与水泥质量比在1∶1、1∶2、2∶1时均满足充填要求,矸石、红土、水泥质量比为6∶2∶1时,充填材料既符合膏体充填工艺要求,又能减少充填成本。     

粉煤灰高水短壁部分充填技术研究与实践

针对承压水上、建筑物下开采技术难题,在系统分析粉煤灰高水材料特性、充填工艺和禁止井工煤矿使用的设备及工艺目录(2008年第2批)"巷道式采煤"的基础上,通过理论分析、室内试验及现场实测等方法,对粉煤灰高水短壁部分充填工作面设计及围岩控制下效果进行了系统研究。主要结论包括:1对粉煤灰高水充填材料发泡机理、材料特性、充填工艺进行了分析;2提出了短壁部分充填工作面设计方法及采-充程序及工艺,数值模拟表明50 m充填联合支撑体与20 m采空区底板塑性区范围为6~8 m,顶板塑性区范围10~12 m;3充填体密实性、原位强度和安全系数表明,充填体与顶板接顶率大于95%,原位强度1.93 MPa,安全系数6.8,粉煤灰高水充填体联合支撑体系能够保持围岩稳定;4充填体和底板变形监测表明,短壁部分充填采场顶板最大下沉量80 mm,底板最大破坏深度8 m,底板隔水层厚度在安全范围之内。在埠村煤矿9111工作面进行了现场实施,相关研究成果可以对类似条件下的煤炭开采提供参考。     

超高水材料阻隔式充填开采技术

超高水材料是一种水体积可达95%～97%,水灰比接近11∶1的采空区充填材料。结合超高水材料的基本性能,针对近水平煤层充填开采的难点,提出了阻隔式充填方法,通过对地表移动变形的观测表明,充填对控制地表下沉产生了决定性作用。该充填方式成功实施说明:超高水材料是性能良好的采空区充填材料;超高水材料阻隔式填开采技术是一种适合于近水平煤层的充填方法。     

俯采超高水材料充填体稳定性控制研究

由于受到工作面的倾斜作用,在俯采阶段采用超高水材料袋式充填时,充填体易向煤壁方向塌落。为了克服这一难题,以山西大庄煤矿813充填工作面为研究对象,通过简要力学模型分析充填体失稳原因,提出了稳定性控制方法：调整超高水材料的配比及加强对充填体的支护。俯采超高水材料充填在大庄煤矿首次应用并取得成功,其实践说明：超高水材料是性能良好的充填材料,可以克服俯采条件下的充填体易失稳等难题。     

聚丙烯纤维高水材料力学性能的试验研究

在充填开采中,高水材料作为一种新型的充填材料,近年来得到广泛应用。但纯高水材料充填体在受压后往往裂隙较多,导致其受压后的强度不高,强度保持不稳定。利用聚丙烯纤维对高水材料进行掺杂,借助ETM力学试验系统,对掺杂聚丙烯纤维后的高水材料的破坏过程、压缩强度和变形特性等进行测试研究。结果表明:聚丙烯纤维的长度和掺量对高水材料试样的强度均有影响;聚丙烯纤维几乎不会改变高水材料的破坏形式和应力—应变曲线的形状,掺杂试样依然是"X"型剪切—劈裂破坏;纤维的掺入使得试样的峰后力学性能表现增强,掺杂纤维试样的残余强度占峰值强度的65%~84%;聚丙烯纤维的阻裂效应使得高水材料具有更好的完整性和连续性,聚丙烯纤维对高水材料有补强效应,适合作为采空区高水材料充填体的补充材料。     

超高水材料分段开放式充填开采研究

超高水材料充填工艺是近年来发展较快的一种“三下”充填开采工艺。通过对超高水材料性能的研究及总结近年来在多个煤矿中的试验和应用所取得的经验,针对新光集团刘东煤矿煤层倾角较大的情况,提出了超高水材料预留煤柱分段开放式充填开采。通过留设煤柱和构筑隔离墙的方法隔离采空区,形成一个封闭的空间,对采空区进行充填,超高水材料浆液的高流动性可使其自行流入“采空”空间,并在短时间内凝结,通过固结体与垮矸形成的结构体控制上覆岩层活动,从而达到减缓地面沉降的目的。结果表明：在复杂的地质条件下,分段开放式充填工艺为超高水材料充填开采带来了更大的灵活性,使其具有了更广泛的应用空间。     

超高水材料袋式长壁充填开采覆岩控制技术研究与应用

系统分析了超高水材料袋式充填开采采场覆岩结构的特点,得出了工作面支架需控岩层范围及其变化特征,揭示了长壁充填开采“支架-围岩”关系,明确了提高充填率是超高水材料袋式充填开采覆岩下沉控制的关键因素。结合亨健矿2515工作面充填开采地质与开采技术条件,开发并实施了隔板布置优化、采空区埋管补注浆充填、离层区打钻补注浆充填等充填率保障技术与工艺。现场实测结果表明,超高水材料袋式充填开采工作面矿压显现缓和、采场围岩破裂范围较小且能有效控制地表下沉：① 工作面巷道顶底板最大移近量为258 mm,两帮最大移近量为183 mm,围岩变形较小;② 微震监测系统表明,2515工作面超前破裂范围为20~30 m,围岩破裂高（深）度为顶板以上40 m至底板以下10 m,1个月后（推进距离60 m左右）已充填区域微震事件逐渐消失;③ 地表最大下沉量为265 mm,实测下沉系数为0.06。     

大采高包式充填+沿空留巷开采方法在亨健公司的应用

 邯矿集团亨健矿业公司2515工作面煤层平均厚度4.5m,属于建下压煤,为了开采这部分煤层,亨健公司对该工作面采空区采用了超高水材料包式充填的方法进行处理,同时对2515工作面上巷采用高水材料巷旁支护,沿空留巷处理,取得了良好的开采效果。     

城郊煤矿超高水材料充填系统设计研究与应用

 为了解放老城区建下压煤,城郊煤矿引进超高水材料充填开采技术,在C2401工作面实施充填开采试验。根据井下实际条件,设计出合理的充填系统,系统生产能力可达280m3/h。经过多次充填实验,结果表明：充填系统操作简便,生产能力大,上料、制浆、输送系统间配合正常,能够实现浆液的连续生产、输送;超高水材料浆液流动性好,适合长距离管路输送,且充后管路易处理;超高水材料充填开采技术是一种新型先进的充填技术,设备初期投资较低,机械化程度高。     

新型高水材料充填开采试验研究

基于煤炭传统开采方法存在压煤量大、开采成本高、环境危害大等问题,提出了绿色充填开采方法。通过理论分析、数值模拟及现场工业试验等多种手段,对新型高水材料充填开采的工艺及试验效果进行了分析研究。研究结果表明:新型材料强度高、流动性好可实现自流充填;充填系统由管路自流将采空区充实并支撑围岩,实现了系统高效稳定的运转模式;“采一留三”开采方案实现了开采的安全性,降低开采风险;充填管路内径大于141 mm、管路压力高于15 MPa,保证了管路安全高效的工作;充填开采矿压显现微弱,起到了显著的顶板控制效果,改变了传统垮落法的顶板破断规律。