固体废弃物胶结充填开采上覆岩层移动影响分析

通过建立计算机数值模型模拟固体废弃物胶结充填开采上覆岩层移动规律,观测不同工作面推进距离上覆岩层移动特征,对比长壁开采与充填开采关键层移动,分析充填开采关键层运动与上覆岩层移动特征。由于采空区被矸石和粉煤灰等材料所充填,充填工作面矿压显现和上覆岩层移动规律与一般垮落法管理顶板明显不同。研究表明：胶结充填开采工作面周期来压步距大,来压强度不明显;关键岩层弯曲下沉,不会出现岩层破断现象。上覆岩层移动范围明显减小,对地表变形能有效控制。     

超高水材料覆岩注浆减沉实验研究

通过相似模拟实验技术建立相似比为1∶200的采场及上覆岩层模型,基于岩层的关键层理论对煤层采动过后的岩层移动进行理论分析,得出采煤工作面在推进120 m后,分布在关键层下部的上覆岩层发生离层并随着时间的增加进而影响到地表变形。利用建立的相似模型,模拟由地面向覆岩打钻孔至主要离层空间进行注浆,利用超高水材料良好的流动性、凝固时间可调及三向应力状态下不可压缩的特性,在地表下沉之前对离层裂隙进行充填,来控制由于煤层开采导致的地表沉陷。考虑到超高水材料的流动性、强度及凝固时间须符合注浆充填的要求,通过配比实验确定充填的材料的水灰比为1∶12。     

基于关键层控制的部分充填采煤技术

建筑物(村庄)下压煤开采一直是困扰我国煤矿的重大技术难题。针对充填采煤技术面临的难点与挑战,结合煤系层状覆岩移动特点和控制要求研发了基于关键层控制的部分充填采煤技术。研究揭示了覆岩关键层对地表沉陷控制机理;建立了基于关键层控制的地表沉陷控制模型及部分充填采煤的设计方法;研发了采空区条带(墩柱)充填、冒落区嗣后充填和覆岩隔离注浆充填等部分充填采煤技术,已在淮北、淄博、阳泉、皖北等矿区10余对矿井的40余个工作面成功应用。部分充填采煤技术充分利用了覆岩结构的自承载能力,减少了充填工作量、降低了充填成本,是高效低成本的建筑物压煤充填开采技术。     

充填开采工作面架后充填体注浆补强技术

充填体注浆补强就是在建筑物下综合机械化充填采煤技术的基础上,对架后充填区域采用粉煤灰、水泥浆、高水材料和水分别配置相应浆体,通过注浆管道输送到工作面,最后到达采空区充填区域内预埋的注浆管,对松散充填体加固,形成以较高密实度和强度的充填体为主的上覆岩层支撑体系,该技术成功丰富了建筑物下综合机械化充填开采的技术内容,有效控制地表沉陷在建筑物允许值范围内,实现高保护等级建筑物下煤柱的安全解放。     

“采-充-留”协调开采技术原理与应用

我国岩层移动控制主要采用条带开采、充填开采和协调开采方法。针对条带开采采出率较低、全采全充成本较高的问题,提出了一种"采-充-留"相结合的部分开采、部分充填、部分煤柱的协调开采方法,给出了留设煤柱、充填开采工作面、垮落法开采工作面的布置方式和采充留尺寸确定原则,分析了由充填体与小煤柱所构建的联合支撑体的作用原理和形成非充分开采的岩层移动控制实质。通过模型试验验证了该方法对地表下沉的良好控制作用,揭示了其控制覆岩及地表移动的机理。采用"采-充-留"协调开采技术,对某矿村庄下采煤试验区进行了方案设计,地表移动变形预测表明,该技术具有良好的减沉效果,建(构)筑物的损害等级可得到有效控制。该技术为提高滞压资源采出率、降低充填成本、减缓地表损害,提供了新的手段。     

煤矿高浓度胶结充填开采覆岩变形规律

为了研究煤矿高浓度胶结充填开采覆岩变形规律,以新阳矿十采区10203充填开采工作面为背景,应用理论分析、数值模拟和相似模拟的方法对充填开采工作面上覆岩层的变形特征进行了研究。结果表明:充填开采主关键层不发生破断,只有微小的变形;覆岩变形以垂直方向的整体弯曲下沉运动为主,上覆岩层不发生断裂和垮落,无明显的垮落带;与垂直方向相比,水平方向的移动变形量很小,基本可以忽略。根据上述结论,将充填开采地表移动变形的研究重点放在垂直方向的岩层移动和地表沉陷方面是合理的。     

充填采煤技术现状与展望

分析了煤矿充填开采技术的特点,介绍了目前煤矿充填开采技术现状,包括膏体充填采煤技术、矸石充填采煤技术、高水材料充填采煤技术、部分充填采煤技术。在分析充填采煤技术现状的基础上,提出煤矿充填开采技术应着重解决充填采煤能力不足问题,即通过合理充填工艺模式的改进提高充填效率和充填能力。同时应深入研究充填采煤岩层移动与地表沉陷规律,为充填采煤设计提供理论基础。     

邢台矿建筑物下综合机械化固体充填采煤技术

为实现建筑物下采煤与充填工艺的同时进行,解决地面矸石及粉煤灰固体废弃物堆积带来的环境污染问题,以邢台矿7606工作面为研究对象,矸石与粉煤灰作为充填材料,利用自夯式充填开采液压支架对建筑物下采后固体充填试验进行了研究,并对采场矿压、充填体变形情况及7606工作面岩层移动的变形情况进行了监测和分析。结果表明:自夯式充填开采液压支架实现了建筑物下采煤与充填工艺的同时进行,提高了工作面采出率;且充填开采工作面超前应力峰值及影响范围比垮落法管理顶板小得多,没有明显顶板来压显现,充填体能有效控制顶板的运移,确保地表建筑物不受开采的影响。     

充填综采岩层移动特征数值模拟研究

河北金牛能源股份有限公司邢台煤矿为解决地表矸石堆积和建筑物下压煤问题,采用综合机械化固体充填采煤技术对7606工作面进行回采。充填综采与传统综采的岩层移动和破坏特征有诸多不同,文章采用FLAC数值模拟的方法,并结合两带高度计算公式和实际巷道地表沉降观测值,对充填综采的岩层移动变形特征和规律进行了分析总结。结果表明,综合机械化固体充填采煤技术有效地控制了上覆岩层的变形量,确保了地表建筑物不受开采的影响,为国内同类矿山提供了借鉴。     

膏体充填工作面顶板及地表沉陷过程数值模拟

为了掌握膏体充填工作面上覆岩层的移动规律及地表沉陷情况,对比与垮落法的不同,基于充填采矿对未来煤矿开采的重要性,文章以某矿村庄下膏体充填开采研究为背景,采用FLAC软件进行数值模拟.模拟分步开挖、分步充填、膏体强度逐步增强的开采、充填过程,与实际作业过程一致.得出了开采过程中工作面顶板与地表的动态下沉和沉陷控制效果曲线图,并与垮落法对比,总结出充填工作面顶板和地表的沉陷规律.研究结果表明:膏体充填工作面最大下沉系数仅为0.11,膏体充填能有效控制上覆岩层移动,显著降低地表沉陷;充填早期顶板下沉量占最终下沉量的大部分,缩短顶板暴露时间及膏体凝固时间、加强膏体凝固前的顶板支护、提高充填作业质量是控制地表下沉的关键.     

综合机械化固体充填采煤技术研究进展

在简要综述充填采煤历程和发展现代化充填采煤技术的目标、要求和难点的基础上,系统介绍了综合机械化固体充填采煤技术的研究进展。重点论述了密实充填采煤的岩层移动控制理论,其理论上的突破是新技术发展的前提,主要包括：充填开采岩层移动控制的等价采高理论;充填开采岩层运动的连续介质力学模型;充填开采岩层移动的计算公式;固体充填的采场矿压与支架受力分析。进而系统介绍了综合机械化固体充填采煤的系统、装备及工艺,以及在密集建筑群下、孤岛村庄煤柱区域、临近松散含水层区域和大型河堤下进行大规模充填开采煤炭的工程实例。     

充填体压实率对综合机械化固体充填采煤岩层移动控制作用分析

以地面矸石、粉煤灰、黄土等固体废弃物为充填材料的综合机械化固体充填采煤技术为“三下”压煤的安全高效回收创造了条件.结合现场地质条件并根据等价采高的概念,分析了不同矸石与粉煤灰充填体压实率对等价采高的影响规律;并通过数值模拟分析了矸石与粉煤灰充填体不同压实率条件下对综合机械化固体充填采煤岩层移动控制与地表沉陷的控制作用,提出了保持地表沉陷在允许范围之内的充填体压实率为15％;最后通过工程实践得出综合机械化固体充填采煤技术工作面的岩层移动及地表沉陷控制效果良好,基本没有影响到地表的建筑和设施的正常使用,研究成果可为综合机械化固体充填采煤技术的有效实施提供技术参考.     

矸石充填采煤技术及矿压显现研究

鄂庄煤矿1202工作面煤层平均埋深250 m,为保护地表构筑物,开展"绿色开采、以矸换煤"工程,采用矸石充填采煤工艺对工作面进行回采。观测分析充填工艺及回采期间巷道矿压及地表移动可知,工作面充填后,矿压明显降低,有利于沿空巷道维护;地表最大下沉值为240mm,有效的控制了地表移动变形。     

超高水材料分层充填采煤技术研究与应用

为了研究高水材料分层充填采煤技术对顶板岩层控制效果,揭示充填工艺对顶板岩层下沉控制机理,分析了超高水材料分层充填控制岩层下沉机理。针对研究结果提出了超高水材料分层充填采煤技术,现场应用表明:超高水材料分层充填开采能大幅度地减缓地表沉陷,对地面设施起到保护作用,实施后地表移动变形在国家Ⅱ级范围内,地面建筑物可正常使用。     

田庄矿超高水材料充填开采数值模拟分析

在开采建筑物下煤层的过程中,为了避免地下采煤可能引起地表移动并导致地面建筑物破坏,结合田庄煤矿建下超高水充填开采项目,根据开采沉陷理论,采用数值模拟方法对地表移动规律进行了研究。结果表明,在采用超高水材料充填开采中,因为超高水材料含水量高,具有高流动性,可在岩层活动期内自行流入煤层开采后所形成的"采空"空间并在可控时间内胶结、凝聚,凝固后的充填体与垮矸以及围岩形成一完整的结构体来控制上覆岩层活动,从而有效控制地表的剧烈移动。     

条带开采与固体充填开采地表沉陷规律研究

目前,建筑物下采煤通常采用条带开采和充填开采,为了研究这2种建筑物下采煤方法的地表移动变形规律,结合花园煤矿条带开采和固体充填开采实测数据,分别进行了地表静态、动态移动变形规律分析。研究得出：条带开采走向边界角56°,固体充填开采走向边界角57°、上山边界角62°、下山边界角53°;两者的地表移动盆地特征基本符合传统垮落法开采地表沉陷规律,但两者动态移动变形规律与其相比有一定的差异,在工作面回采过程中两者地表点下沉速度较小,出现多处峰值现象,基本不存在传统垮落法开采地表急剧下沉的活跃阶段。最后反演出地表预计概率积分法模型各参数。上述研究将为类似矿区地表沉陷预计以及开采方案设计提供一定的参考和指导。     

固体废弃物充填开采地表沉陷预测方法研究与应用

在阐述固体废弃物充填开采控制岩层移动变形原理的基础上,分析了充填开采影响地表沉陷的各个因素,提出充填开采地表沉陷预测可采用基于等价采高理论的垮落法预测方法.本文依据东坪煤矿首采充填工作面15601的布置方式及采矿地质条件,预测了工作面上方地表沉陷以及建筑物的破坏情况,可为类似工程应用提供一定借鉴.     

综合机械化固体充填采煤方法与技术研究

简要回顾了充填采矿的发展历程,指出了开发充填采煤技术的两大难点,即建立充填采煤的岩层控制理论和解决将充填体进入采空区的空间、通道和动力等技术途径;建立了固体充填采煤岩层移动控制和地表沉陷预计的等价采高方法;提出了能与传统综合机械化采煤技术相适应的综合机械化固体充填原理和方法,并介绍了自行研发的相关充填采煤系统和装备。工业性应用实践表明,综合机械化固体充填采煤除具有密实充填严格控制岩层移动和地表沉陷优点外,还能实现高产、高采出率采煤等良好的经济效益以及环境效益。     

淮北矿区巨厚火成岩下隔离注浆充填减灾机理研究

为解决淮北矿区部分矿井面临的坚硬厚覆岩下采煤灾害防治问题,对海孜煤矿II102采区巨厚火成岩下隔离注浆充填减灾进行了试验研究,揭示了坚硬厚覆岩下采动致灾机理,火成岩厚120~170 m、单向抗压强度120 MPa、完整性好,在其下方煤层开采时该岩层将大面积悬顶,使载荷施加于实体煤上形成应力集中;加之采深大,在该岩层下该工作面安全生产面临极大威胁。为此,提出了隔离注浆充填减灾技术措施,即在已采与待采工作面之间留设隔离煤柱,并先对已采工作面进行注浆充填消除离层空间,在后续工作面开采中实施注浆充填,从而对覆岩形成有效支撑。试验结果表明:地面9个注浆钻孔,向采动离层带、采空区充填粉煤灰471 994 m~3,安全采出煤炭56.3万t,消除了采区动力灾害威胁。     

预掘两巷前进式固体充填采煤技术研究

针对部分“三下”压煤区域地质条件及已存在巷道系统的限制问题,为保证固体充填开采之后对岩层移动及地表变形的控制效果,提出了预掘两巷前进式固体充填采煤技术,分析了该技术的原理及难点,建立了预掘两巷前进式固体充填系统、优化了充填采煤关键设备结构及布置方案,设计了固体充填采煤无煤柱沿空留巷方案及工艺,优化了充填采煤与沿空留巷一体化工艺。现场实践表明,预掘两巷前进式固体充填采煤技术可有效控制岩层移动与地表变形,采空区充实率达90.6%,无煤柱沿空留巷断面保持在原断面的90%以上,地表最大下沉值125 mm,可安全高效地开采类似条件“三下”压煤资源。