深部开采充填体与煤柱协同承载效应研究

深井充填工作面矿压显现强度与地表沉陷变形控制效果受充填体强度、充填率、煤柱宽度及充填体与煤柱承载匹配等因素影响,合理的充填体与煤柱协同承载是实现深部煤炭资源绿色开采的关键。为揭示深井充填工作面充填体-煤柱协同承载效应,结合义能煤矿地质生产条件,构建充填体-煤柱承载结构力学模型,探究充填体与围岩相互作用特征、充填体与煤柱协同承载作用过程。采用PFC软件模拟计算"充填体-煤柱"在不同充填率、充填强度条件下的承载特点,揭示超高水充填工作面充填体-煤柱应力分布及覆岩裂隙发育规律。研究结果表明:当超高水充填料充填率超过90%、水灰比低于95%时,煤柱应力集中程度较低,能够保持较好稳定性,顶板破断仅发展至基本顶,充填体-煤柱协同承载有效降低了工作面矿压显现强度与覆岩运移范围,为实现深部煤层绿色开采提供了科学依据。     

孤岛煤柱矸石膏体充填开采相似材料模拟

根据相似原理,通过相似材料试验,对孤岛煤柱矸石膏体充填开采过程中支承压力分布规律以及采场围岩相互关系进行了研究。结果表明矸石膏体充填并没有改变工作面煤壁前方应力赋存状态,仅仅是改变了应力大小;随着工作面推进,采场形成"煤柱-充填体-煤壁"支承结构共同支护顶板,而充填体对煤柱提供侧向约束作用,既可提高了煤柱的稳定性,又可减小了煤柱的宽度,提高煤炭回收率。     

条带煤柱充填开采围岩充填体相互作用分析

采用相似材料模拟方法,以岱庄煤矿膏体充填开采为背景,研究了条带煤柱膏体充填开采煤柱、充填体和围岩之间存在相互作用的空间关系,并与垮落法开采作对比分析,研究结果表明:充填开采上覆岩石离层不明显,岩梁曲率变形小;充填体对煤柱提供侧向约束力,降低了煤柱所受的最大垂直应力;充填体参与支撑顶板时,形成"煤柱-充填体-煤壁"共同支护顶板的结构,该结构可以有效地控制开采沉陷。模拟研究结果与现场实测基本相吻合。     

矸石充填压缩试验中侧压的测定方法

矸石充填采煤是一种全新的采煤技术,在巷式充填开采的过程中,矸石的膨胀作用对煤柱产生的侧向压力对煤柱的强度产生有利影响.文中对巷式充填开采中的侧压计算进行了推导,并进行了矸石充填开采的试验研究.对单粒径矸石和连续级配矸石充填试验的侧压曲线进行了分析,试验结果表明:与连续级配矸石相比,单粒径矸石的侧压曲线会出现波动的现象;...     

切顶条件下“煤柱-充填体”协同承载性能及巷道稳定性分析

为了分析在切顶条件下不同“煤柱-充填体”支护对巷道围岩稳定性的影响，以某矿1226综采工作面运输巷为研究背景，通过理论分析与数值模拟相结合的方法，对切顶条件下应力转移过程和不同“煤柱-充填体”支护时垂直应力变化规律展开研究。研究结果表明：“煤柱-充填体”支护条件下，切顶时运输巷实体煤侧巷帮的垂直应力相对于未切顶时降低了9.5%,护巷煤柱侧巷帮的垂直应力降低了45%,运输巷两帮水平变形和巷旁支护压缩变形分别降低了21%和30.8%,即利用切顶卸压技术可以实现运输巷围岩应力及变形的双重优化，有利于运输巷围岩的长期稳定；巷旁支护垂直应力是影响巷道围岩稳定的主控因素，巷旁支护垂直应力平均降低速率随着充填强度的增加呈线性增加趋势，最大为5.8%,巷旁支护垂直应力平均降低速率随着煤柱宽度的增大呈先增后降趋势，最大为13.6%;根据“煤柱-充填体”协同承载性能变化对巷旁支护垂直应力的影响规律，拟合了不同煤柱宽度和充填体强度与巷旁支护垂直应力之间的函数关系式。在切顶条件下，留设护巷煤柱宽度为7.5 m、充填体强度为6.5 MPa时，对巷道围岩稳定的控制效果较好。     

矸石充填对于沿空巷道稳定性影响研究

通过研究矸石充填体压实和流变力学性能,综合运用理论分析、UDEC数值模拟等方法与手段,基于岩层控制关键层理论,矸石充填体采场围岩活动规律特征,系统分析了矸石充填对于沿空巷道稳定性的影响规律,从而达到控制巷道变形和特定支护方式的目的,为"三下"压煤开采提供一定的理论方法和技术途径。     

条带开采垮落区注浆充填技术的理论研究

阐述了条带开采垮落区注浆充填技术的总体思路和基本原理,结合工业试验方案,应用PFC颗粒流程序进行了数值模拟试验,模拟了条带煤层采出、顶板垮落、注浆充填、充填体压实及上覆岩层下沉的整个动态发展过程;通过数值试验,揭示了条带垮落区充填体、煤柱与围岩三者之间相互作用的减沉力学机理,重点分析了垮落区充填体的承载作用、传载作用和对煤柱的侧限作用.研究结果表明,在此工业试验区域内,与条带开采相比,当充填量为19.5万m³时,条带开采垮落区注浆充填既可减小地面变形,提高煤柱稳定性,又可多采出煤炭24万m³.     

深部带状充填开采复合承载体变形特征研究

深部条带固体充填开采可以有效控制地表移动和变形,是解决高潜水位平原矿区建筑物下压煤开采的有效途径。宽条带状充填体和煤柱形成的复合承载体直接支撑控制上覆岩层变形,其变形特征和稳定性是控制地表变形的关键因素;同时,由于深部开采条件下采动应力水平的急剧增加,复合承载体中煤柱的破坏失稳可能诱发顶板突发性移动造成的矿压安全事故。为此,本文结合平顶山十二矿深部密实矸石充填开采地质采矿条件,采用离散-连续耦合数值模拟方法对深部带状充填开采复合承载体的应力承载和破坏特征进行了试验研究,在此基础上采用极限平衡法建立了复合承载体中煤柱破坏的力学模型,得到了煤柱破坏与复合承载体中充填体承压均值和煤柱承压极值相对覆岩自重应力的应力集中系数k0,k1的关系;采用数值模拟方法分析了充填体孔隙率和充填面宽度对应力集中系数k0,k1的影响,对实际工程煤柱留设和充填参数设计提供理论和设计依据。     

煤矿充填体作用数值模拟研究及其机理分析

为了在建筑物下、水体下和铁路下采煤技术中应用条带开采技术和绿色充填开采技术,采用数值模拟方法,模拟研究了在条带开采后充填与否条件下不同采出率开采方案的煤柱、充填体的受力及变形状态,定量计算了不同采出率开采方案的地表沉陷量;较系统研究了充填体在采动围岩系统中的作用机理。结果表明,通过煤柱和充填体的垂直应力支撑、充填体的侧限作用,充填体能有效改善煤柱和围岩系统的应力条件,而煤柱和充填体的垂直应力与充填体水平应力随着采出率和留宽而变化趋势具有规律性,充填条带开采法是将来"三下"压煤绿色开采的有效途径。     

矸石膏体充填料浆力学性能实验研究

该文在分析岱庄煤矿矸石膏体充填原料选择来源的基础上,根据岱庄煤矿3上煤层条带煤柱回收对膏体充填材料的要求具体选择材料性能参数,并通过对矸石膏体充填料浆流动性能、可泵送时间、静置泌水率、单轴抗压强度等力学性能的实验研究,探索在岱庄煤矿充填原料条件下的材料配比,实现条带煤柱的安全回收。     

利用矸石充填置换开采条带煤柱的新技术

提出了在煤柱中掘进巷道并利用矸石回填以置换开采出部分条带煤柱的新技术.研究了条带开采后煤柱中充填巷的布置位置、数目,并分析了置换开采前后上覆围岩的稳定性.提出在条带煤柱集中布置2条宽4.0 m、高5.0 m的矸石充填巷,巷间煤柱宽4.0 m,并进行了工程实践.结果表明,提出的矸石置换开采技术可有效控制地表变形在I级的前提下,置换开采出条带开采留设煤柱的15%左右的煤量,同时实现矿井矸石井下处理,做到矸石不上井.     

华恒矿业公司泵送矸石充填技术

 阐述了矸石充填的意义、必要性及研究现状,介绍了我国目前具有代表性的矸石充填工艺。以华恒矿业公司41302东煤柱工作面泵送矸石充填为例,介绍了泵送矸石似膏体充填技术工艺及流程,并对充填效果及效益作了分析。指出了我国井下充填采煤法尚存在的问题。泵送矸石充填已经成为目前煤炭工业井下充填采煤法的最佳途径之一,具有极好的推广应用前景。     

充填墙提升煤柱性能机理与数值模拟研究

在对条带煤柱破坏失稳过程和规律分析的基础上,研究了充填墙加固煤柱以提升其性能机理,对低强度膏体和高强度矸石混凝土充填墙提升煤柱性能进行了模拟及分析。结果表明:充填墙加固作用主要体现在对煤柱侧向约束和分担煤柱承载载荷上,充填墙自身强度和对煤柱的侧向约束须满足一定条件才能保证煤柱性能提升效果;充填墙主要限制了煤柱塑性破坏区煤体横向变形并使其承载能力增加而宽度减小;充填墙分担煤柱承载载荷,煤柱整体支承压力都有所降低;高强度矸石混凝土充填墙提升煤柱性能效果优于低强度膏体充填墙,相同宽度下可以分担更多煤柱承载载荷、更有效地限制煤柱横向变形并提供足够的侧向约束力;在模拟地质采矿条件下当矸石混凝土充填墙宽度3 m时为最佳,煤柱性能得到显著提升,又不至过大增加成本,煤柱整体应力分布趋于平缓、均匀,横向变形较小,3 m宽矸石混凝土充填墙可等效7.93 m宽煤柱,煤柱尺寸可减小15.86 m,煤炭采出率可提高17.62%。     

沿空掘巷巷旁充填体宽度的确定与应用

巷旁充填是无煤柱开采围岩控制的关键,在充填体力学性能和巷道高度确定的情况下,巷旁充填体的宽度就成了主要考虑因素。以云驾岭矿2802工作面运输巷采用巷旁预充填无煤柱开采技术为工程背景,采用理论分析、数值模拟和现场试验相结合的方法,得出巷旁充填体的合理宽度。现场试验表明,采用该方法确定的巷旁充填体宽度能够满足要求,巷道围岩及充填体稳定、变形量小,说明采用该方法确定的充填体宽度科学合理。该研究为高水材料巷旁支护沿空掘巷实践具有一定的指导意义。     

煤矿连采连充式胶结充填采煤技术与典型工程案例

为了解决煤矿胶结充填开采成本高、充填工艺复杂、采充矛盾突出等问题,研发了可实现采充并行作业的连采连充采煤工艺,研究了不同配比充填材料的流动特性与龄期强度变化规律,提出了适应于不同煤层倾角的充填料浆井下混合与地面混合输送系统,以及相应的工作面密实充填方法,形成了完善的连采连充式胶结充填采煤成套技术。研究了不同充填开采模式影响下,充填采煤过程采场围岩应力动态迁移规律;基于影响充填采场围岩变形的“三量”特征,提出了充填采场覆岩移动“三度”控制原则,即较快的充填速度、合理的采空区充实度与稳定的充填体强度。阐明了煤柱与充填体交替承载控顶机理,揭示了连采连充分步置换煤炭技术原理：煤柱与充填体交替承载控顶可保证稳定的充填空间,分步置换煤柱可保证充填材料具有合理的胶结固化时间,实现采煤和充填互不干扰,工作面可连续的开采和连续的充填,采充最大限度地平行作业,大幅提高胶结充填采煤效率。研究成果应用于内蒙古西部地区4个煤矿-生态园下采煤、复合顶板、处理固体废物、回收遗留大巷保护煤柱,并进行典型工程应用案例分析。现场试验结果表明：连采连充式胶结充填采煤技术在4个煤矿均取得了良好的工程应用效果,可有效控制岩层移...     

预置矸石充填带置换小煤柱的无煤柱开采技术

为实现无煤柱开采,通过在上区段运输巷掘出后,在靠近下区段轨道巷的煤壁侧沿运输巷预置矸石充填带,待上工作面回采结束围岩稳定后,下区段轨道巷掘进时,紧沿预置的矸石充填带进行掘进,不再留设区段煤柱,用矸石充填带把上下2个区段之间应留设的煤柱置换出来,从而实现无煤柱开采。针对高庄煤矿3上507工作面地质条件,建立了预置矸石充填带沿空掘巷的围岩结构力学模型,对充填带的稳定性进行了非线性数值计算分析。根据矸石充填带稳定性的要求,确定现场充填带强度等级为C20,带宽为1 600 mm,高为4 000 mm,预留约1 100 mm厚顶煤,充填带与顶煤间留有100 mm间隙。工程实施效果验证了方案的合理性,取得了良好的经济与社会效益。     

岱庄煤矿条带煤柱矸石膏体充填开采地表沉陷研究

 摘要：针对岱庄煤矿村庄压煤严重,矿井服务年限缩短,而传统条带法开采后遗留条带煤柱储量丰富的现状,根据国内煤矿膏体充填开采技术发展水平和煤矿绿色开采的发展要求,在分析现有建筑物下开采技术途径的基础上提出了采用矸石膏体充填材料充填进行建筑物下遗留条带煤柱开采, 通过对矸石膏体充填开采地表沉陷控制原理的分析研究,实施了建筑物下矸石膏体充填开采,并对地表沉陷进行了预计实测。该技术项目的研究将为我国“三下”压煤条带煤柱回收及矸石井下利用提供了前沿技术开发思路,对解放村庄下呆滞煤炭资源,提高资源回采率和经济效益,实现企业的可持续发展,具有重要的现实意义。截至2011年6月30日,已累计回收条带煤柱560m,置换原煤23.1万t,地表最大下沉量只有35 mm,远远小于原设计预计的300-400mm,地表变形控制效果非常好。     

充填综采矸石-粉煤灰压实变形特性试验研究及应用

为了掌握矸石-粉煤灰充填开采中充填体的变形特性,采用MTS 815.02电液伺服岩石力学试验系统及自行设计的压实装置,通过一系列压实特性试验,比较分析了矸石-粉煤灰充填材料压实过程中的变形特征,研究了矸石-粉煤灰充填材料的基本变形规律,将其变形过程分为3个基本阶段,得出了矸石与粉煤灰充填体的最佳配比为1:0.3,并提出...     

充填回收房式煤柱采场煤柱稳定性分析

为了提供充填回收房式煤柱采场围岩稳定性分析的理论依据,采用理论分析和数学推导对充填体-煤柱共同支撑下的围岩力学结构进行了研究,发现煤柱区域弹性地基系数kp、充实率φ、顶板抗弯刚度EI、覆岩载荷q是影响煤柱稳定性的主要控制因素。基于弹性地基梁理论建立了顶板岩梁的挠度方程,提出了煤柱区域及充填体的弹性地基系数计算方法,推导出了充实率对煤柱受力、顶板下沉量、采场应力分布特征的计算方程组,并建立了煤柱稳定性的评价公式。     

带-网-栓式矸石袋巷旁充填支护体力学性能研究

针对沿空留巷中矸石充填体的大流变性和低支护强度等问题,提出带-网-栓式矸石袋巷旁支护技术方案。该技术选取钢带、锚网、锚栓等作为矸石袋的侧向支护材料,以此约束矸石袋的横向变形、增加矸石袋的围压,最终提升矸石充填体的支护性能。通过对矸石充填体的侧向分别添加钢带、锚网、锚栓进行承压力学试验后,矸石袋的最大承载能力提高了2~5倍。同时,该技术在山西左权天一煤业公司3102工作面进行了工业试验,结果表明其具有促使巷道围岩变形减小、巷旁支护效果显著等优点,取得了较好的经济技术效果。