超高水材料充填开采覆岩活动规律分析与应用

为确保邯矿集团陶一矿区充填试验工作面开采过程中地表建筑物稳定,基于现场地质条件建立了超高水材料开放式充填综采覆岩活动力学模型,推导出充填支撑区和空顶区挠度方程;通过单轴和三轴压缩试验,得出高水材料充填体在1～7 d时间的弹性系数,然后得出充填体呈固结状态后关键层下沉变形量几乎为0,充填过渡区、初凝区及悬顶区关键层下沉量较大,且下沉量随工作面悬顶距及推进长度的增加而增加,进而计算出在安全系数为1.2的条件下悬顶距应保持在16 m范围内。通过对试验工作面开采期间地表沉陷进行测试,得出地表下沉系数仅为0.05,地表下沉值最大可达119 mm,验证了力学模型分析结果的准确性,有效抑制了覆岩的移动以及地表沉陷。     

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.     

超高水充填开采覆岩运移控制效果研究

为探究不同参数下超高水充填开采覆岩运移控制效果,确定最佳的充填参数,以义能煤矿1302工作面为工程背景,结合现场监测和数值模拟等手段进行深入探究。通过UDEC模拟得出：当充填率一定时,水体积比越大,覆岩塑性区高度越高,应力集中程度越大,直接顶随着水体积比不断增大由弯曲向破断转变,在水体积比为95%时发生破断。通过现场实测发现开采过程中最大工作阻力为37.2 MPa,最大应力集中系数为1.81,回采巷道顶板最大下沉量为24.5 mm,围岩变形小,地表平均曲率为0.03 mm/m²,水平变形在-0.28～0.4 mm/m,地表变形程度小,地面建筑得到良好保护。     

超高水材料长壁工作面充填开采顶板控制技术

为研究充填工作面长度对岩层控制效果的影响,指导长壁工作面充填开采实践和为围岩变形控制提供依据,基于超高水材料的基本性能试验,利用差分法薄板理论建立了超高水材料长壁工作面充填开采顶板活动力学模型,得到关键层的预计变形量,分析充填工作面长度对关键层变形及破坏的影响,提出了长壁工作面充填开采顶板控制理念。研究结果表明:采空区顶板下沉最大挠度值随着工作面长度的增加而增加;要维持关键层不发生断裂,必须保证工作面长度和控顶长度在一定范围内。对比冀中能源陶一煤矿充1~5工作面(工作面长度50~60 m)和充6工作面(工作面长度120 m)充填开采实际情况,提出并应用地面充填系统构建、充填液面提高、隔离带设置、工作面锚网索支护4种长壁工作面顶板控制技术,有效地抑制了顶板变形,同时保证了良好的充填效果。     

超高水材料充填开采的应用与研究

冀中能源邯郸矿业集团陶一煤矿对村庄下压煤采用充填开采工艺采煤.根据矿井开采条件,利用超高水材料的优越性能进行了袋式充填开采、开放式充填开采工艺的研究.建立了地面充填站,采用自流技术,使得充填能力达到400 m3/h,提升了采充效率.通过对工作面矿压、地表变形监测,表明该工艺可以缓解矿压显现程度,极大减少地表变形.     

亨健矿袋式充填开采覆岩控制技术

为了解决亨健煤矿村庄下压煤的开采问题,采用超高水材料对工作面采空区及主巷进行了充填,工作面副巷通过高水材料巷旁充填进行沿空留巷,并通过对采空区补充充填提高了充填率。工程实践结果表明:袋式充填开采技术不仅有效地控制了上覆岩层的破坏及移动,工作面矿压显现也得到了极大的减缓,同时工作面副巷也得到了很好的留巷效果。     

薄煤层超高水材料充填开采相似模拟试验研究

以山东某矿煤岩赋存条件为原型,取线性比Cl=1/150、时间比Ct=1/150、强度比CR=143×10 -3进行了薄煤层（厚度1.2 m）超高水材料充填开采相似模拟试验研究。设计了试验参数及超高水材料在模型采空区的充填方法,揭示了薄煤层超水材料充填开采采场覆岩及地表活动规律,并与类似条件下的垮落法开采进行了对比。结果表明：与垮落法开采相比,超高水材料充填开采时工作面超前支承压力的影响范围缩小且峰值明显降低,工作面后方上覆岩层稳定时间缩短,没有出现垮落带与明显断裂带;该技术能将地表移动和变形控制在规定要求的范围内,提高充填率有助于降低覆岩活动与地表变形程度。     

深部煤层智能化充填开采覆岩运移控制技术

深部煤层安全高效开采与生态环境保护协调发展是当前煤炭绿色开采的重要主题.以义能煤矿深部煤层地质生产条件为工程背景,对充填开采设备进行了智能化升级,在回采巷道设置了远程控制中心,实现了智能化充填开采;探究了充填与开采的工作匹配方案,得到了合理的充填与开采参数,按照 CG１３０４工作面生产能力计算,理论所需的单料浆制浆能力为１０４m３/h.为提高充填与开采协调的覆岩运移控制效果,提出了管道堵塞防治、二次充填等采充协调的覆岩运移控制技术;构建了深部充填工作面智能监测预警系统、充填开采效果评价体系,为实现深部煤层智能化充填开采及覆岩运移有效控制提供了科学依据.     

超高水材料充填开采支架与围岩关系分析与应用

为研究充填开采支架合理支护阻力,基于大尺寸超高水材料力学性能试验,建立了超高水材料充填开采覆岩活动力学模型,分析充填开采支架与围岩关系,得出了充填支架支护阻力计算方法,并根据冀中能源陶一煤矿实际充填开采实例进行了验证。研究表明:直接顶随着工作面推进逐渐冒落,控制悬顶距在一定范围内可使关键层形成稳定结构而不发生破断,充填工作面不会发生明显来压现象;与一般长壁综采在支架选型方面相比,超高水材料充填开采应用低工作阻力支架同样可以满足开采的需要,同时能够保证良好的充填效果。     

不同充实率下固体充填开采覆岩移动与地表下沉分析研究

在固体充填开采技术中,充实率对覆岩移动与地表下沉具有重要影响。文章以河南平顶山十二矿CT101工作面为例,采用FLAC软件建立固体充填开采数值计算模型,研究不同的充实率条件下覆岩移动与地表下沉的规律,研究表明:随着充实率的增大,覆岩关键层和地表最大下沉量呈现逐步降低趋势;当充实率小于75%时,下沉曲线在工作面边界附近位置处变化幅度最为显著,在下沉曲线中部位置处出现平底形状;当充实率大于75%时,下沉曲线整体呈现连续平缓的对称下沉形态。CT101工作面的现场实测表明,当充实率达到85%时,地表最大下沉量约为180mm,与下沉预计值200mm较为接近,预测结果偏于安全,可以为工程实践提供相关参考。     

长壁矸石充填开采上覆岩层移动特征模拟实验

长壁矸石充填工作面采空区由于被充填材料占据,上覆岩层移动特征将不同于垮落法管理顶板,采用相似模拟和数值计算模拟工作面回采和矸石充填过程。通过改变支架初撑力和工作阻力、充填材料的夯实力,模拟不同充填率情况下上覆岩层应力变化和岩层移动特征,结合现场实测结果认识长壁矸石充填开采上覆岩层移动规律。研究发现：支架工作阻力对充填效果影响显著,充填支架高初撑力和工作阻力可以限定顶板的变形,保证足够的时间使更多的充填材料充进采空区,进而减小缓慢下沉带高度,控制地表变形。采空区内充填材料限制直接顶的变形、下沉以及冒落,直接顶以断裂和冒落为主,冒落后整齐地排列在采空区矸石上。基本顶以弯曲下沉形式随直接顶移动,上覆岩层冒落高度显著降低。     

超高水材料采空区充填工艺与方法研究

为解放建筑物下压煤,结合超高水材料的基本性能,研究出超高水材料采空区充填开采技术。该技术包括开放式、袋式、混合式和分段阻隔式4种充填方式,对各种充填方式的充填过程、优缺点及适用条件进行了分析。结果表明：在井下潮湿、低温、封闭的环境中,超高水材料是一种理想的采空区充填材料;该材料及相应的充填开采方法是未来采空区充填开采技术的发展方向之一。     

长壁机械化掘巷充填采煤围岩结构稳定性及运移规律

为解决西部生态脆弱矿区煤炭开采率低、采后环境易破坏等难题,提出了一种长壁机械化掘巷充填采煤方法。在系统阐述该技术方法的巷道布置与充填采煤工艺的基础上,分析了该技术的难点与关键。基于长壁掘巷充填采煤岩层移动特征,建立了长壁掘巷充填开采采场力学模型,推导出了采场顶板下沉方程与煤柱承受载荷计算公式,并结合极限强度理论,提出了煤柱失稳判据。以陕西榆林常兴煤矿3101工作面掘巷充填采煤为工程案例,通过充填体材料力学特性测试,优化设计了掘巷充填采煤开采方案。采用3DEC数值模拟软件对掘巷充填采煤上覆延安组层间裂隙承压水隔水层与第四系松散层孔隙潜水隔水层移动特征及稳定性进行了分析,现场应用案例表明,该技术可有效控制工作面围岩结构稳定性与上覆隔水层岩层移动,提高煤炭资源回收率,可为西部生态脆弱矿区煤炭资源开采与环境保护协调发展提供借鉴。     

巨厚覆岩下开采地表沉陷特征及其与采矿灾害的相关性

对新汶矿业集团华丰煤矿巨厚覆岩下开采引起的地表变形观测数据进行分析,给出了华丰矿区地表变形特征.巨厚覆岩下开采地表存在连续性变形的下沉与反弹,以及非连续性变形的地表斑裂现象.地表斑裂是华丰井田巨厚覆岩下开采出现的典型地表破坏形式.对地表变形参量与冲击地压、矿井工作面涌水量关系进行了分析,表明地表变形与冲击地压及工作面涌水量之间存在相关性.提出利用地表变形参量作为相关灾害与预测的辅助指标,可提高矿井灾害预测的准确性.     

煤矿充填开采连续曲形梁形成与岩层控制理论

在充填开采大量工程实践和物理相似试验基础上,提出了充填开采上覆岩层连续曲形梁理论模型,当密实充填率达到一定条件时,顶板不会产生断裂,仅发生弯曲变形,形成连续的曲形梁,能有效地控制关键层的沉降变形。阐述了连续曲形梁的几何特征和力学特征,指出了顶板形成连续曲形梁的条件。通过建立力学模型,计算得出了连续曲形梁变形的理论解和便于工程应用的工程解,进一步分析得到连续曲形梁与关键层的量化关系,为密实充填率的设计提供了理论依据。此外,对连续曲形梁的三维模型及其理论解和数值解做了一些有益的分析和探索,揭示了充填开采对岩层变形的控制机理。     

长壁开采上覆岩层损伤范围及上行开采的层间距分析

针对长壁采空区上方岩层损伤影响范围及其遗弃煤层开采问题,用简化的平面力学模型,解析分析了煤层采出后长壁采空区上方岩层的损伤影响范围,并根据垂直方向上岩层的损伤影响程度按从大到小的顺序将采空区覆岩分为破损垮落带、损伤扰动带和无损变形带,获得了长壁采空区上方遗弃煤层上行开采的安全层间距计算公式.针对山西焦煤集团有限责任公司西山煤电集团公司白家庄煤矿8号煤层长壁采空区上方遗弃的6号煤层上行开采计算了其安全层间距.     

基于长壁采空区覆岩稳定性的地表残余下沉系数计算方法

为确定地表建(构)筑物荷载作用下长壁采空区地表残余下沉系数,基于长壁采空区覆岩稳定性分析方法,提出了采空区中央和边界两个区域的地表下沉系数确定原则和计算方法.采用概率积分法对荷载作用下长壁采空区地表残余沉陷预测时,地表下沉系数的选取应充分考虑地表荷载大小和作用位置、垮落带岩体的压密,以及裂缝带破断岩体结构的稳定性,按照...     

岩层采动裂隙演化规律与生态治理技术研究进展

岩层采动裂隙是破坏覆岩含水层威胁井下安全生产的直接原因,也是工作面推过后,地表持续下沉变形及生态累积影响的根源.为了解当前覆岩裂隙发生机制、演变规律、研究方法及生态影响与治理进展,实现资源开发与矿区环境的协调、可持续发展,阐述了采动裂隙演化规律与生态治理技术发展现状.介绍了煤矿采动裂隙的形成过程、裂隙类型、研究方法、监...     

固体充填采煤充实率设计与控制理论研究

根据固体充填采煤密实充填体的不同充实率决定不同岩层移动控制效果及“等价采高”预计地表沉陷的原理,提出固体充填充实率设计的理论依据,定性分析影响充实率的主控因素,并分别基于等价采高、关键充填设备、工作面推进方向、固体充填材料力学特性、地质条件以及充填工艺实施等7个主控因素对充实率的不同影响机理进行理论分析,明确充实率设计的基本原理,建立不同覆岩条件及压煤类型条件下固体充填采煤充实率设计流程与方法,并提出充实率控制的基本原理及6项控制措施;结合济三矿固体充填采煤工程案例,对充实率的设计及控制理论进行了应用,充实率控制指标理论设计为88%,现场实测为90.3%。理论分析与实践表明,充填设备与地质条件对充实率的影响程度最显著,充实率的精确设计与良好控制是保证充填采煤技术成功实现岩层移动及地表沉陷控制的关键。