矸石膏体充填采煤面矿压显现规律

运用矸石膏体充填开采"三下"的煤炭资源,是绿色开采体系中的重要内容之一.对首个矸石膏体充填工作面的矿压观测的数据的进行了分析;评价了影响矸石膏体充填矿压显现的各个因素,确定充填工作面中顶板下沉量与这些因素的关系,为以后进行充填开采采场设计提供依据.     

东港煤矿井下煤矸筛分、矸石破碎、充填系统技术研究与应用

东港煤矿前二采区2层煤为"三下"压煤,为解放压煤量,需要对回采工作面采用矸石充填开采,通过对矿井生产系统的现状调研分析,通过现有的生产系统进行优化改造,把井下煤矸直接筛分、矸石破碎、储存,充填系统配套,达到矸石不升井,绿色开采。     

基于数值模拟的采场结构参数与充填强度匹配性研究

针对新田岭钨矿区厚大矿体的赋存特征,利用FLAC3D数值模拟软件,分析了矿房宽度、矿柱宽度、底板充填体厚度、矿房充填体强度、底板充填体强度等对开采后围岩顶板沉降位移的影响。结果表明:一步骤回采矿房时,矿房宽度对顶板沉降变形的影响最大;二步骤回采矿柱时,矿房宽度及矿房充填体强度对顶板沉降变形的影响较大;下部中段回采时,底板充填体强度、矿房宽度以及矿柱宽度对顶板沉降变形的影响较大。综合上述3个研究结果,矿房宽度对顶板沉降变形的影响最大,其次是充填体强度,顶板沉降变形与矿房宽度呈正相关关系,而与充填体强度呈负相关关系。     

矸石充填巷采等价采高模型探讨

巷采矸石充填是"三下"压煤和边角煤开采的一项新兴技术,也是绿色开采技术中的内容之一。为了创建巷采矸石充填开采围岩变形预计模型,利用F lac软件对矸石充填开采采场覆岩和巷道围岩的应力、变形分布规律进行了研究,对等价采高模型应用于巷采矸石充填开采围岩变形预计效果进行初步对比分析。研究表明:巷采全充填模型与等价采高模型具有规律上的相似性;二者之间的顶板竖向沉降趋势基本一致,模型顶部最大位移处位移相差2.125%,且都为盆地式沉降;最大垂直应力相差1.7 MPa;等价采高模型计算的底鼓最大值为335.9 mm,两者相差35.9 mm。计算分析结果与现场观测规律基本一致。     

沿空留巷巷旁矸石墙力学特性研究

以某矿三槽西四壁(下)工作面轨道巷巷旁矸石墙为研究对象,对矸石墙的承载力和压缩量进行现场测试,分析其承载性能。结果表明:矸石墙承载力为6.7 MPa,最大压缩量为140 mm,与传统刚性支护相比,矸石墙让压变形特性明显;在滞后工作面35~45 m的区域,矸石墙压缩量急剧增加。阐述了矸石墙的作用机理,并建立了顶板一矸石墙结构模型,当工程条件确定时,矸石墙所受压力和顶板下沉量存在定量关系。现场应用结果表明,沿空留巷矿压显现平稳,留巷效果较好。     

综采工作面安全高效充填开采技术研究

翟镇煤矿为彻底解决"三下"压煤、矸石占地等问题,将井下开拓产生的矸石运至老空区,将原堆放到矸石山的矸石使用无缝管垂直输送到井下,采用综采工作面矸石充填技术实施井下矸石充填、以矸换煤工程,提高了"三下"压煤的回采率,减少了矸石山占地,缓解了煤矿开采对地表及生态环境的破坏,为矿井的安全高效生产提供了保障。     

矸石充填技术在深部中厚煤层中的应用

以王楼煤矿三采区13313充填工作面为研究背景,通过对三采区地质采矿条件的分析,根据地表村庄和建筑物分布状况,对工作面充填开采的原理,充填体压缩量及地表移动预测进行分析,提出了利用矸石充填工作面老空区开采方法。通过对水准基点观测,充填开采地表最大沉降在210 mm,能有效的控制顶板,提高煤炭资源回采率,避免了传统的村下开采造成严重的生态与人文环境破坏。     

大倾角煤层长壁开采覆岩走向受载与破坏特征

对围岩的有效控制是大倾角煤层长壁工作面安全高效开采的关键,以2130煤矿25221大倾角综采工作面为研究背景,采用"理论分析+模拟实验+现场监测"相结合的研究方法,在对工作面矿压显现规律及其成因综合厘定与分析的基础上,通过构建采空区矸石充填模型和顶板走向力学模型,系统研究了采空区矸石的非均匀充填特征及其非均衡约束下工作面倾向不同区域顶板沿走向岩体结构的受载与失稳特征。结果显示,采空区矸石充填特征在工作面走向和倾向均呈现出非均匀性,在工作面倾向中上部区域支架后方采空区底板上易形成倒三角自由面,且其非均匀性随着煤层倾角、采高和工作面长度的增大而增大。在垮落矸石非均衡约束效应影响下,顶板的受载与变形破坏特征不仅在工作面倾向具有明显的非对称特性,倾向不同区域顶板沿走向的受载与变形破坏特征及其所形成围岩结构的基本形态之间亦存在显著差异。沿工作面倾向自下而上,受采空区矸石充填量与密实程度逐渐减小、矸石与支架间距离逐渐增大的影响,采空区充填矸石对工作面围岩稳定的贡献度逐渐减弱,围岩的运移空间、频次和幅度等逐渐增大,围岩结构的稳定性逐渐减弱,支架的受载量及其变化幅度逐渐增大,"支架-围岩"系统的稳定性等逐渐减弱,且易形成较大来压。     

坚硬顶板及硬煤层开采方法研究

通过七采区十三层煤 7130 6 - 7130 7E工作面坚硬顶板、及硬煤层的开采方法研究 ,为防止采空区坚硬顶板来压时的动压冲击 ,提出使用打移动木垛和垒矸石堆防范措施 ,从而确保矿井安全生产     

工作面过断层煤壁注浆加固实践与理论分析

通过对嘉乐泉矿2804工作面进行现场观测,得到断层下工作面顶板的破断规律及矿压分布特征,建立工作面直接顶模型,利用位移变分法推导出工作面顶板沉降量计算公式,定量分析工作面注浆加固后煤体弹性模量的提高对顶板沉降量的影响,结果表明:注浆加固后随着煤体弹性模量增大,顶板下沉量逐渐减小,当煤体弹性模量增加到3 500 MPa时,顶板下沉量随煤体弹性模量增大而减小的速度变缓,且煤体强度太高,不利于割煤。     

硬厚岩层下逆断层采动应力演化与断层活化特征

上覆硬厚岩层受逆断层切割后,工作面顶板运动、采动应力会有异常变化。采用三维数值计算方法,模拟分析了上、下盘工作面向逆断层推进过程中的采动应力演化特征、煤层顶板运动特征及断层活化规律,并采用工程实例进行了分析验证。研究表明：在逆断层切割作用下,上盘工作面围岩呈倒楔形,采动应力向底板深处、顶板高处转移,围岩应力集中程度大于下盘工作面。下盘工作面与上盘工作面相比,采动应力受工作面与断层距离的影响较大。巨厚岩浆岩及其下部岩层形成类似“杠杆”结构,造成煤层顶板的下沉和反弹。逆断层下盘工作面煤层直接顶断层带活化的可能性大于上盘工作面,高位岩浆岩断层带活化的可能性小于下盘工作面。下盘工作面与逆断层距离40 m时断层开始活化;上盘工作面与逆断层距离40 m时,煤层直接顶断层带开始活化,与逆断层距离30 m时高位岩浆岩断层带开始活化。     

大断面煤巷变形破坏规律及控制技术

采用理论分析、FLAC3D数值计算和工程实践等方法,研究分析巷道宽度对巷道围岩变形、塑性区及应力分布的影响规律,提出了巷道临界宽度判定指标：巷道顶板拉破坏深度为1.5 m,顶板拉破坏深度大于1.5 m的巷道维护困难。并提出了超过临界宽度的巷道支护技术为：及时支护、高强高预紧力锚杆、锚索支护和高初撑力的临时支护。研究成果成功应用于王庄煤矿6207综放工作面运输巷。     

煤矿开采地表沉陷预测及其防治研究

以陕西某矿4号开采煤层为研究对象,通过地质条件分析和地表移动变形现场观测,得出非充分采动条件下对地表的沉降规律,并通过FLAC3D模拟进行验证。研究结果表明,仅有1个工作面开采时,地表下沉量很小,沉降系数为0028,没有对地表的建筑物造成破坏;当2个工作面交替回采时,地表的沉降变形明显增大,沉降系数达到了015,属于非充分采动范围,不对地表建筑物造成破坏。开采工作面数量的增多不会增大地表的移动范围,使得地表下沉量和下沉速度显著增大,主要是受坚硬顶板的控制。当采深大于15 m以后,地表进入充分采动状态,地表建筑物将遭到破坏。研究结果阐明了煤矿工作面开采后的地表沉陷规律,也为相似地质条件矿井的地表沉降防治提供了参考。     

综采工作面过空巷围岩稳定性的影响因素研究

为了研究不同因素对综采工作面过空巷时围岩稳定性的影响,采用ANSYS软件建立数值模型,分析不同埋深、不同采高、不同空巷宽度下的空巷顶板沉降、煤壁位移和煤柱切向应力的变化规律。研究结果表明:埋深增加对空巷顶板沉降、煤壁位移和煤柱应力都产生不利影响;采高增大对空巷顶板沉降和煤壁位移影响较小,对煤柱内应力分布影响较大;空巷宽度增加会显著破坏空巷顶板稳定性,同时增大煤柱应力,对煤壁位移影响较小;当工作面与空巷距离小于25 m时,随着工作面继续推进,空巷稳定性明显变差,巷道易失稳破坏。     

综放沿空留巷顶板下沉规律与控制

针对综放沿空留巷顶板下沉控制困难问题,揭示了综放沿空留巷顶板下沉规律,建立了顶板下沉力学模型,结合损伤力学和能量守恒理论,推导出了顶板下沉量的理论公式,在此基础上对其影响因素进行了分析,提出了综放沿空留巷顶板下沉控制对策,并进行了工程应用。结果表明:顶板下沉量理论计算公式与现场实测值基本一致;各因素对顶板下沉影响程度依次为:巷旁支护体宽度、直接顶有效弹性模量、基本顶给定载荷、关键块破断位置、巷旁支护体有效弹性模量、巷内支护阻力、巷道宽度、顶煤有效弹性模量。顶板下沉控制对策应围绕关键性影响因素进行,据此提出"锚网索+高强度墩柱+木垛"耦合支护方式,即采用锚杆+锚索+高强度钢筋网进行巷内耦合支护,巷旁采用高强度墩柱支护,并用木垛进行巷旁加强支护。工程应用表明,综放沿空留巷围岩变形稳定,顶板下沉得到了有效控制。     

高强度开采综放工作面区段煤柱合理宽度与控制技术

针对高强度开采综放工作面区段煤柱合理宽度留设问题,以羊场湾煤矿为工程背景,建立了综放工作面侧向基本顶破断结构模型,推导出低应力区范围表达式及其影响因素;采用FLAC3D数值模拟软件分析巷道掘进和本工作面回采期间不同煤柱宽度下巷道围岩应力与位移演化特征。研究表明:(1)高强度开采综放工作面因采场尺寸大、推进速度快、断裂步距大,导致内应力场范围亦大于常规工作面。(2)高强度开采综放工作面区段煤柱宽度的确定,应充分考虑多次剧烈采动、基本顶破断、巷道大断面等因素,结合试验工作面地质生产条件确定内应力场范围6.31~7.58 m,合理煤柱宽度为9~14 m。(3)本工作面回采期间,覆岩结构被再次激活,致使围岩变形破坏加剧,煤柱宽度10~14 m时,煤柱具有一定自稳能力并承担较少的顶板载荷,综合考虑各因素确定合理煤柱宽度为10 m。(4)受高强度开采及基本顶破断等因素影响,窄煤柱沿空巷道可能诱发大范围破碎、煤柱帮大变形及顶板不对称下沉等变形破坏,要实现此类巷道围岩稳定性控制应对煤柱帮和顶板重点加固,据此,提出了非对称围岩控制技术,并进行现场应用,巷道控制效果明显。     

瞬变电磁技术在工作面顶板水害防治中的应用

为研究瞬变电磁技术在井下工作面顶板老空水害防治方面的应用效果,以山西某矿100101工作面为研究背景,通过详细的现场瞬变电磁探测,对该工作面的顶板物探结果进行了深入分析。物探结果表明:100101工作面回风巷探测发现5处异常区,100101进风巷探测发现4处异常区,其中2、3、5号异常区的范围相对较大,幅值中等;工作面顶板上35、70、105 m处的切片图也基本反应了顶板上方岩层低阻异常分布趋势。综合分析认为2、3、5号异常区为本工作面顶板的主要富水异常区。经过现场钻探验证,验证结果与探测结果具有较高的重合度,应用效果良好。     

薄基岩浅埋旺采工作面覆岩运移特征研究

 为了掌握薄基岩浅埋旺格维利法回采工作面覆岩运移特征,以神东公司榆家梁煤矿42216旺采工作面为研究对象,通过理论计算和现场监测等技术手段,得到适合神东矿区自身特点的线性支架压力监测、顶板下沉和片帮观测和地表移动监测方案,提出薄基岩浅埋旺采工作面的极限悬顶面积的计算方法,结果表明,旺采工作面在开始回采时,顶板压力显现不明显,随着悬顶面积的增大,顶板压力极不稳定,压力时大时小,当直接顶经强制放顶或自然垮落后,顶板压力逐渐趋于稳定,随着短壁工作面向前推进,顶板压力呈现周期性特点;旺采工作面地表塌陷具有突然性、台阶状的特点。     

回撤通道直接顶下沉量计算及其影响因素分析

回撤通道的直接顶下沉量对设备回撤具有重要影响,本文基于基本顶断裂位置,建立了工作面贯通后回撤通道直接顶挠度力学模型,将支承应力表达式简化为与其拟合的x的n次抛物线函数,断裂位置不同,n的取值不同,推导出了回撤通道顶板中心线处直接顶下沉量表达式。312工作面基本顶断裂位置d约12 m,此时n取4,求得直接顶下沉量约为105 mm。在理论计算的基础上,对直接顶下沉量影响因素进行了分析,结果表明:直接顶下沉量随着基本顶断裂位置、煤层埋深、应力集中系数及回撤通道跨度的增大而增加,随着直接顶厚度及弹性模量的增大而减小,其余因素影响较弱。在保证设备回撤空间的条件下,尽可能减小回撤通道跨度,控制直接顶下沉量。