固体充填条带开采采宽与留宽优化设计

针对南屯煤矿采用全采全充模式的固体充填开采无法控制地表沉陷的问题,分析了矿区采用固体充填条带开采的必要性,推导了充填体作用下的煤柱屈服区宽度力学计算公式,提出了顾及煤柱稳定性的留宽设计方法,并推导了采出率与地表变形的数学表达式|采用数值模拟研究了煤柱应力集中系数的变化规律,为力学模型的参数选取提供了支持。结合理论分析和数值模拟的研究成果,对固体充填条带开采的采留宽进行优化设计。研究结果表明：当矿区固体充填条带开采的采宽为53m、留宽为25m时,可较好地控制地表变形、保证煤柱的稳定性和提高资源的采出率。     

“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。     

基于“采-充-留”技术的岩层控制效果和机理研究

为进一步研究"采-充-留"协调开采对岩层破坏的控制作用,以开滦某矿中厚倾斜煤层9煤和12煤为研究对象,基于相似材料模型试验,针对协调式跳采全采技术和"采-充-留"协调开采技术对地表的移动变形和覆岩控制效果和机理进行了研究。结果表明,9煤采用协调式跳采全采技术开采,地表下沉系数为0.64。在9煤开采的基础上,采用"采-充-留"协调式开采技术回采12煤,地表下沉系数仅为0.16。全采后岩层裂缝带法向发育高度是采厚的32.1倍,而"采-充-留"协调开采后岩层裂缝带法向高度是采厚的6.3倍,说明了充填体与煤柱形成的联合支撑体能够有效地抑制上覆岩层的垮落,阻隔了两侧采空区的联通,对上覆岩层移动起到良好的控制作用,达到了减小地表移动变形和岩层破坏的目的。     

贵州垄脊地貌下置换条带煤柱开采研究

贵州矿区生态环境脆弱，且地形地貌较为复杂，大多属低、中山垄脊地貌，以此典型地质条件下的攀枝花煤矿11071工作面为研究背景，采用置换条带煤柱开采，一种“采-留-充”结合的减损开采方法，该方法提高了煤炭资源的回收率，降低了采煤对矿区环境和地表的影响，具有重要的应用价值。通过理论分析与计算确定了保留煤柱宽度a不小于20 m,条带开采宽度b为25～35 m,采用数值模拟方法研究了3种条带开采方案的地表变形特征，综合优选“采-留”方案，后针对优选方案充填置换煤柱进行再次模拟分析上覆岩层移动规律，置换煤柱比例为25%、50%、75%,研究了不同置换率充填对上覆岩层移动的影响，根据上覆岩层的条件合理确定置换率，可最大限度地提高资源回收率。研究结果表明：方案“采35 m留30 m,置换率25%～50%”最为合理，地表二次变形不明显，地表变形符合建筑物损毁等级Ⅰ级标准。     

唐山矿“充-留”协调开采覆岩及煤柱变形规律研究

以唐山矿城镇下采煤为研究背景,基于矿井开采条件和生产实践,提出了"充-留"协调开采,采用数值模拟方法揭示了在不同充填率和采留比条件下覆岩和煤柱变化规律,模拟结果表明:研究区采用"充-留"协调开采技术,充填率不小于80%时,工作面顶板完整性较好,煤壁应力峰值降低,充填体阻止应力集中位置内移,能够满足地表房屋损害不超过Ⅰ级的控制要求;煤柱留宽不小于90m时,满足安全核区率85%的标准,煤柱垂直应力峰值较小,发生破坏的可能性较小。现场实施效果表明,该采区充填率80%、煤柱留宽90m时,支架压力分布平衡,村庄影响程度轻微,应用效果良好。     

“条采留巷充填法”绿色协调开采技术

为减轻高强度开采对我国西北地区地表及生态环境的破坏,结合条带开采与充填开采的优势,提出了一种“条采留巷充填法”部分充填的协调开采方法。采用理论分析与相似模拟相结合的研究方法,给出了条带开采的采留宽、沿空留巷的巷旁充填宽度和充填率的确定原则,分析了巷旁充填体提升条带煤柱稳定性的作用原理及置换煤柱开采的覆岩稳定性。以哈拉沟煤矿22407工作面地质条件为工程背景,确定了合理的工艺参数并进行了数值模拟研究。结果表明:在开采尺寸达到充分采动后,覆岩中的亚关键层4最大下沉量为12 mm,可推知地表基本不出现下沉,取得了良好的地表沉陷控制效果。该技术为降低充填成本,保护地表生态环境提供借鉴。     

置换条带开采中充填体强度分析

为了进一步提高煤炭资源的采出率、实现安全开采,通过对原建筑物下以及水体上留设条带煤柱的水文地质条件分析,提出了利用高水材料充填置换煤柱进行二次复采的技术思路;并基于工程力学对充填体强度及其安全性进行了分析研究。结果表明,采用全采全充方式、充填体材料强度大于2 MPa、复采的工作面宽度20 m、充填体与小煤柱的宽度为25 m的情况下,可以实现建筑物下与承压水上安全开采。     

条带残留煤柱膏体充填综采技术研究与应用

为了彻底解放建筑物下条带开采遗留煤柱资源,采用理论分析与现场实践结合的研究方法,对条带遗留煤柱膏体充填复采煤柱稳定性、覆岩结构变化特征和膏体充填技术参数进行了探讨,得出了合理膏体充填体强度、充填率、煤柱宽度等参数指标。研究表明:条带开采遗留煤柱膏体充填复采时合理的煤柱宽度为5.0 m;充填率不得低于70%;安全系数取k=1.5~2.0,当开采煤柱宽度小于50 m时,充填体28 d抗压强度不小于5.0 MPa;当开采煤柱宽度小于100 m,充填体28 d抗压强度不小于2.6 MPa。以济北矿区岱庄煤矿生产技术条件,提出了条带遗留煤柱膏体充填开采回收技术,并确定了合理的工艺参数。实测表明,膏体充填开采达到充分采动后,地表最大下沉值为220 mm,下沉系数为0.076,取得了良好的地表沉陷控制效果。     

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。     

条带开采工作面煤柱合理宽度的确定

为了充分地回采"三下"煤炭资源,提高煤炭的采出率,同时又能最大限度地减少地下开采对地表沉陷的影响,对"三下"条带开采方法进行分析。采用FLAC3D数值模拟与理论计算相结合的方法,系统研究了在采宽为20 m,留设煤柱宽度分别取10、20、30、40 m时,围岩垂直应力分布和地表沉陷规律。研究结论表明,留设煤柱宽度为采宽的1.5倍左右时,地表最大下沉量为0.042 m,"三下"开采煤炭采出率达到了40%。     

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。     

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。     

彩屯煤矿充填开采煤柱矿压监测

对高水膨胀材料充填法开采的井筒煤柱区701工作面,采用红外线远程自动连续记录监测仪进行矿压监测,研究采充区岩层沉降特点与充填支撑效果,达到防止井筒变形破坏,减少地表沉陷,最大限度回收煤炭的目的.     

单侧充填模式下煤柱失效宽度试验研究北大核心

为取得＂采-充-留＂协调开采岩层移动控制新技术中煤柱合理留宽,阐述了该技术的设计原则与布置方式。采用相似材料模型试验和数值模拟分析,取得单侧充填模式下煤柱失效宽度与采深、采厚之间关系,揭示了充留联合支撑体的相互作用。试验表明,柱旁充填可减小煤柱留设宽度,提高煤柱支撑强度;煤柱单侧充填失效宽度为不充失效宽度的29.8%~33.1%,柱旁单侧充填时煤柱宽度应大于（0.006 4-0.006 8）MH,才能保证煤柱的稳定。     

建筑物下“采-充-留”协调开采相似材料模拟对比分析

针对建筑物下压煤采出率低、采动损害等问题,对"采-充-留"协调开采法进行深入研究。以钱家营矿七采区为研究对象,以相似模型试验为研究手段,首先使用"采-充-留"方法模拟开采7煤层和12煤层,然后与全采进行对比分析。实验结果表明,7煤层和12煤层"采-充-留"协调开采后,覆岩导水裂缝带发育高度为17m,垮落角为59°和64°,开采扰动后松散层压缩量为1.34mm/m,地表下沉率为0.11,各指标均小于全采后的情况。研究结果表明,"采-充-留"协调开采法既提高了压煤的采出率,又在一定程度上控制了上覆岩层及地表的变形,能有效减少地表设施的损害。     

尾砂膏体跳采充填开采相似材料模拟试验

为研究以尾砂为骨料、胶固粉为细集料的膏体跳采充填覆岩变形、移动及破坏的规律,以张赵煤矿102采区1021工作面为工程背景,基于相似理论建立相似物理模型,对跳采充填情况下煤柱及充填体稳定性、顶板裂隙发育、弯曲变形规律进行研究。试验结果表明:第1轮采5 m,留15 m煤柱跳采充填开采后,基本顶和直接顶基本稳定,没有变形;第2轮开采煤柱累计长度80 m,随着回采煤柱数目增多,直接顶发生下沉明显,在距开切眼90 m处1~8测点下沉最大值达到4.5 cm;当工作面完全充填开采后,上覆岩层下沉最大值为22 cm,离层发育高度为29.4 m;煤柱和充填体所受垂直应力随煤柱回采数目增多而变大,煤柱监测数据的变化呈现阶梯状增加,分为突变期、缓增期、稳定期3个阶段;充填体受力稳定在0.012~0.02 MPa之间,变形小。     

充填采煤减沉的适用性研究

采用数值模拟方法研究了充填采煤地表沉陷特征,分析了充填开采对不同煤层采高的适用性。结果表明:相同采高条件下,充填开采时地表达到充分采动所需要的开采宽度较不充填开采时增加;随着采动充分程度逐渐增大,充填开采对地表沉陷的控制效果在采高较大时逐渐变差。充填开采在沉陷控制方面有一定的适用条件,为了保证地表处于I级破坏以内,同时受到采高M、采宽W的双重约束,分别对应于临界采高MC、临界采宽WC。当M相似文献   

单侧充填模式下煤柱失效宽度试验研究

为取得"采-充-留"协调开采岩层移动控制新技术中煤柱合理留宽,阐述了该技术的设计原则与布置方式。采用相似材料模型试验和数值模拟分析,取得单侧充填模式下煤柱失效宽度与采深、采厚之间关系,揭示了充留联合支撑体的相互作用。试验表明,柱旁充填可减小煤柱留设宽度,提高煤柱支撑强度;煤柱单侧充填失效宽度为不充失效宽度的29.8%~33.1%,柱旁单侧充填时煤柱宽度应大于(0.006 4~0.006 8)MH,才能保证煤柱的稳定。     

粉煤灰高水固化充填技术的研究与实践

充填开采是绿色开采的重要组成部分,能够有效地控制地表沉陷.其中粉煤灰高水固化充填技术采用粉煤灰、胶固料和水作为充填材料,具有高水、速凝、快硬、早强和耐低温的特点.通过建立充填系统实现对井下的充填开采,有效地控制了覆岩下沉破裂和地表变形.该技术还可以进行巷旁充填实现沿空留巷,避免留设煤柱造成资源浪费,该充填材料具有广泛的适应性.     

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.