高河煤矿上分层的膏体充填应力变化规律研究

为了掌握膏体充填工作面覆岩结构应力变化规律,根据潞安化工集团高河煤矿的实际情况,结合FLAC数值模拟软件,分析不同充填率下的采煤工作面的应力变化情况。模拟过程与实践作业过程保持一致;通过对比不同充填率下充填工作面前后围岩应力的变化情况,得出充填工作面超前应力曲线在工作面前方出现峰值,其应力集中系数随着对采空区充填密实度的增加而降低;滞后工作面的充填体受力由2～4 MPa逐渐恢复到原岩应力状态,说明膏体充填率越高,其控制覆岩应力状态的效果也越好。     

似膏体充填工作面覆岩运动规律研究

为研究似膏体充填开采覆岩运动规律,采用自行研发的矿压传感器对曹庄煤矿81006似膏体充填工作面进行矿压观测,得到了81006工作面超前支承压力分布规律、充填体内垂直应力及已充填区域内顶底板移近量。结果表明:超前支承压力影响范围为10 m左右,煤壁前方应力场为单一的弹性应力分布;已充填区域内顶底板最大移近量为104 mm,充填体压缩率约为5.2%;充填体内应力计进入稳定状态后应力为15.06 MPa,与原岩应力13.75 MPa相近,充填体接顶效果较好,充填体可以支承上覆岩层的全部质量;工作面充填后,矿压显现较弱,覆岩较稳定,达到预期效果。     

膏体充填工作面顺槽超前支护优化研究

 在现场实测的基础上,分析了膏体充填工作面的超前矿压显现特征,对顺槽超前支护方式进行了优化。实测研究表明,由于充填膏体对采空区覆岩有良好的支撑作用,岱庄煤矿2351膏体充填工作面矿山压力显现不太明显;护巷煤柱承受载荷不大,非生产帮侧矿压显现小于生产帮侧,工作面覆岩重力更多的作用在工作面前方煤壁和采空区的充填膏体上;工作面前方超前应力值和主要影响范围较小,超前压力主要影响范围小于15m。根据膏体充填工作面超前矿压显现特征,轨道顺槽超前支护由三排改为二排,每排支护长度由20m缩短为15m。采用优化后的超前支护方式,可大大降低工人的劳动强度,提高充填开采的工作效率。     

条带煤柱膏体充填开采覆岩结构模型及运动规律

以岱庄煤矿2351膏体充填工作面为例,研究了条带煤柱膏体充填开采覆岩时空结构模型及运动规律。结果表明：随着工作面的推进,覆岩由“C”型空间结构逐渐转化成不等高支撑的铰接岩梁;工作面的直接顶板即为基本顶,初次来压步距33.6 m,前4次周期来压步距分别为18.3、8.8、13.7、9.0 m;覆岩重力主要作用在工作面前方煤壁和充填膏体上,顶板超前应力和影响范围较小,主要影响范围小于15 m;2351工作面在现行工艺技术条件下,最大合理控顶距为8.8 m,充填支架合理工作阻力为27 MPa、合理初撑力为21 MPa。     

膏体充填开采条带煤柱覆岩运移规律研究

以山东济宁淄博矿业集团岱庄煤矿2351充填工作面为研究对象,采取数值模拟、地层力学模型分析、相似实验及现场观测等多种方法,对该工作面在膏体充填开采过程中影响工作面顶板下沉的主要因素、膏体充填体应力应变增长特性及充填率与上覆岩层裂隙发育度的相关关系进行了研究,得出了岱庄煤矿2351膏体充填面在开采过程中的顶板覆岩、充填体受力变形规律,为膏体充填法回收条带垮落法遗留煤柱提供了理论依据。     

膏体充填开采条带煤柱充填体稳定性监测研究

为克服采用岩移观测的方式评价充填效果周期长、费用高、劳动量大等缺点,采用自主研发的采空区充填膏体在线监测系统对膏体充填体压缩量、受力情况和材料水化程度进行监测,利用其监测结果对充填效果进行评价.结果表明:膏体充填体最大压缩量为104.3 mm,压缩率约为3.85％,膏体骨料级配合理;膏体充填体最大应力为5.1 MPa,上覆岩层的弯曲变形较小;膏体充填体的水化温度最高达到54℃,水化反应第2d最为强烈,膏体充填体早期强度上升较快,并在提高充填工作面效益同时,膏体充填体也能较好地控制上覆岩层运动.     

曹庄煤矿自流式似膏体充填工艺研究

 摘要：采用自流式似膏体充填工艺对曹庄煤矿81006工作面进行充填开采,介绍了曹庄煤矿自流式充填系统的构成及充填工艺,最后工作面充填效果进行评价。结果表明：超前巷道顶底板最大移近量为174mm,平均108mm,充填开采有效控制矿压显现强度;充填体内顶底板最大压缩量为104mm,压缩率为5.2%,充填体接顶效果好;充填体内应力逐渐增大,最大应力为15.02MPa,基本与原始应力13.75MPa相等,从采空区开始充填到充填体应力达到原始应力大约需要20天时间,充填密实率好,充填体可以承担覆岩全部重量;充填后,地表几乎没有下沉,地表得到有效保护。     

膏体充填参数对上覆岩层破坏规律的数值模拟研究

传统的条带开采中,巷道开挖后扰动了巷道上方原岩应力的分布状态,巷道上方的顶板在二次应力场的作用下会发生变形、破坏,严重时会导致结构失稳、垮塌和破坏。为研究不同的膏体充填参数对覆岩应力分布规律的影响,本文运用数值模拟的手段以小屯矿条带充填开采为背景,选取采空区顶板及煤柱塑性区破坏范围、巷道顶板和煤柱的下沉量作为充填体的充填效果,得出不同充填体的充填率、充填体强度对上覆岩层破坏规律的影响。     

膏体充填开采孤岛煤柱覆岩移动规律研究

为分析膏体充填开采孤岛煤柱覆岩移动破坏规律,确定充填开采控制地表沉陷的充填率阈值,基于充填膏体作用机理,并结合现场地质条件,采用相似材料模拟和理论分析,研究了采用充填法和垮落法开采孤岛煤柱分别引起来的覆岩移动规律,根据地表变形规律分析了充填开采控制地表沉陷的充填率阈值,并通过现场实测进行了地表下沉分析。     

膏体充填综采地表移动与覆岩破坏规律

膏体充填开采是解放大量压占煤炭资源的新技术途径,能够充分回收资源,延长矿井服务年限。膏体充填综采地表移动与覆岩破坏规律尚未有深入的研究,针对大明矿膏体充填工作面特点,建立了地表及井下巷道岩移观测站,对工作面开采整个过程进行了监测,通过数据分析掌握了膏体充填综采地表移动及覆岩破坏规律,膏体充填开采后巷道顶板不会垮塌,且地表移动和变形大幅降低;通过计算机拟合得出膏体充填开采沉陷最佳预计参数,下沉系数q=0.16时,减沉效果明显,是较好的保护地面建(构)筑物的开采技术。     

长壁面膏体充填采场覆岩结构及其运动演化规律

采用相似材料模拟方法,研究了长壁工作面膏体充填采场覆岩结构演化和覆岩移动规律,研究结果表明:充填采场覆岩结构演化和覆岩移动有别于常规采场,充填采场覆岩结构主要是以拱的形式进行演化,而不是铰接岩梁的形式;覆岩移动则主要是以离层的形式由下向上逐渐发展,并且上位岩层的离层是在下位岩层离层闭合的基础上产生的。     

膏体充填回收条带煤柱覆岩活化规律研究

为分析膏体充填回收条带煤柱覆岩活化规律,通过建立条带开采、回收遗留煤柱和单独充填开采3种模型,采用数值模拟和岱庄煤矿膏体充填回收条带煤柱地表沉陷实测,研究得出了充填开采孤岛煤柱引起的覆岩活化机理,以及覆岩活化对地表沉陷影响的程度。研究表明:充填开采覆岩活化程度随着与煤层距离的增加,呈现先增加后减小的趋势,最大活化发生在距煤层100 m内;膏体回收条带煤柱覆岩活化率在15%～30%,反应至地表的在15%左右。     

综放开采端头局部充填覆岩移动规律模拟研究

为研究新型综放开采端头局部充填技术开采过程中覆岩移动规律，以陕西旬邑青岗坪42105工作面为工程背景，采用数值模拟分析方法，模拟分析两端头分别充填5 m、10 m、20 m充填体宽度条件下覆岩运移规律，得出随着端头充填宽度的不断增加，充填区域占工作面全长的比例不断增加，充填部分形成的应力拱范围不断扩大；当各端头充填宽度较小时，垮落区所形成的应力拱占主导地位，覆岩拱壳发育较高。     

充填率对覆岩沉降及工作面超前支承应力影响研究

采用FLAC~(3D)数值软件建立了充填开采的数值模型,研究了不同充填率下覆岩沉降、顶板支承应力峰值和工作面超前支承应力的变化关系。研究表明,充填体有效降低了顶板的垮落高度,对围岩起到较好的支承作用,减小了覆岩沉降和矿压显现程度,且充填率越大,覆岩最大下沉量、基本顶最大支承应力及超前支承应力越小,但当充填率超过80%时,减小的幅度明显降低,各变化曲线趋于平缓。     

王河矿矸石充填岩层移动特征规律研究

为了研究王河矿回采工作面在矸石充填过程中岩层及地表的移动特征规律,根据工作面上下覆岩力学性能和充填体力学性能等参数,运用岩石破裂过程分析软件RFPA,对不同强度充填体全部充填和部分充填条件下的覆岩运动、关键层弯曲下沉及地表变形特征进行数值模拟,数值模拟的结果可为采空区充填方案的选取提供参考。     

膏体充填开采滞留煤柱中覆岩移动规律的模拟研究

为了找出膏体充填开采滞留煤柱中的覆岩移动规律,在膏体充填体支护理论的基础上,结合现场煤矿地质环境,通过充填材料物理模拟来研究垮落开采法和充填开采法的覆岩移动规律,为充填体稳定性提供保证,有利于控制地表沉陷和生产安全.     

膏体置换煤柱充填体承载特性及工作面支护强度研究

以山东能源集团岱庄煤矿2351膏体充填置换条带煤柱工作面为例,对井下充填体承载特性及工作面支护强度进行了研究。在分析膏体充填开采顶板运动特征的基础上,建立了膏体充填开采顶板稳定性力学模型,推导出了膏体充填开采工作面支护强度力学关系式。结果表明:膏体的力学性质离散性较大,强度较高,弹性模量和泊松比偏低,在低围压下膏体即表现出典型的塑性强化特性。充填采场上覆岩层主要存在裂缝、离层和弯曲下沉,不存在垮落带。充填体上分布的垂直应力既不是大小相同的水平线,也不是类似于条带煤柱上的马鞍形分布,而呈现出波浪形分布,自充填完成至覆岩运动稳定,充填体受力未出现突变现象,是一个逐步增大并趋于稳定的过程。2351膏体充填工作面现选用的充填式液压支架虽可有效地控制顶板下沉,但未能发挥所选支架的效能,还可进行适当优化。     

地表沉陷控制新途径

地表沉陷控制的根本是治理覆岩破坏。而控制覆岩破坏的途径归纳为部分开采和充填开采。部分开采 ,影响采区布置 ,不易达到高产高效 ,煤炭采出率低 ;充填开采增加矿井设备和生产成本 ,且充填材料来源在某些矿区比较缺乏。由此提出利用国内外最新的技术 :覆岩离层注浆充填和采空区局部膏体充填 ,结合工作面优化设计技术 ,扬长避短 ,是一种技术上可行、经济有效的覆岩破坏控制新方法。     

膏体充填回收孤岛煤柱围岩控制技术研究

随着煤矿的长期开采，各种孤岛煤柱的安全、高采出率回收成为矿井亟待解决的难题。针对朱村矿东一下山保护煤柱回收难题，采用膏体充填法进行回采。分别从工作面液压支架与围岩的相互作用关系及支护强度要求、充填期间“充填体—上覆岩层”支撑结构体系的稳定性和充填体强度要求以及充填率对地表开采沉陷的影响3方面进行了分析研究。通过采用膏体充填开采，工作面巷道围岩稳定，上覆岩层无明显裂隙离层发育，表现为随工作面开采整体缓慢下沉状态；按开采高度2.5 m计算，地表下沉系数为0.137，地表建筑物在Ⅰ级损坏之内。     

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.