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。     

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.     

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。     

岱庄煤矿6351膏体充填工作面底板破坏规律研究

以岱庄煤矿6351膏体充填工作面为工程背景,基于材料力学相关理论建立梁式力学模型,推导出膏体充填开采条件下安全系数计算公式,通过相似模拟,分析了膏体充填工作面顶、底板受力及移动变形规律。研究成果对岱庄煤矿下组煤安全高效回采及其它他类似地质条件下的煤炭安全回采具有重要的指导意义。     

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。     

矸石膏体充填防漏浆技术的研究及应用

岱庄煤矿2351工作面采用膏体充填技术进行回采。为解决充填过程中工作面出现漏浆问题,提出了在充填区打设隔离墙的方法,利用浓度高、颗粒度大的矸石浆堵住泄漏点,取得了很好的实际效果。     

膏体充填采煤技术及其应用前景

膏体充填采煤技术是煤矿绿色开采的重要组成部分,其在充填材料、充填工艺、充填体对覆岩和地表沉陷控制等各方面都充分体现出煤矿绿色开采的内涵和特点。通过对不同充填开采技术优劣点比较,结合岱庄煤矿生产实际,重点对膏体充填采煤技术系统进行了介绍,包括以下几个重要组成部分:充填材料的选择、配比及不同龄期强度、工作面充填工艺及其充填成本,并对膏体充填采煤的应用前景进行了分析。     

GPS-RTK联合水准仪在充填工作面地表高精度动态监测中的应用

 岱庄煤矿2351工作面为膏体充填工作面,采用全采全充的采煤方式,地表预计变形很小,传统监测地表变形的方法难以满足高精度的要求。为了符合岱庄煤矿测量区域高精度的要求,探索出GPS动态测量与高清电子水准仪相配合测量充填工作面地表变形的作业方法,在实际的测量中取得了良好的效果。     

近距离膏体充填工作面底板破坏规律研究

由于岱庄煤矿6351膏体充填工作面的特殊开采环境,其工作面底板距下伏8300胶带大巷顶板仅有20.32 m。为保障8300大巷的安全稳定性,对工作面布置特征进行分析,采用相似模拟试验方法研究膏体充填法开采条件下6351工作面的底板破坏裂隙发育情况。结果表明:充填开采法条件下围岩虽然依旧会产生一定的变形,但总体较小,同时受充填体的阻隔作用,8300大巷依然保持稳定;而在应力分布上,充填开采的围岩应力和受采动影响下的应力均处于可控和较为稳定的状态。     

孤岛工作面回采巷道支护设计

目前,对于孤岛工作面充填开采煤巷锚杆支护的研究尚少。以岱庄煤矿2351工作面充填开采巷道支护设计为例,对工作面回采期间巷道的变形进行了观测。根据观测结果,巷道整体变形很小,效果很好。该技术值得推广应用。     

优化膏体充填液压支架结构以实现快速推采技术

针对当前膏体充填工作面采用常规支护工艺,超前安设锚杆(索)控制待充填区顶板管理方法存在支护效果差、效率低、成本高的实际问题,以岱庄煤矿1351膏体充填工作面为研究对象,结合ZC56001732型充填液压支架特点,将所有充填液压支架增设待充填区临时支护装置,提高了待充填区顶板管理安全性,降低了材料成本,提高回采效率,取得了良好的经济效益和社会效益。     

矸石膏体充填开采相似模拟

矸石膏体充填是一种集"减沉"、"减排"与"高回采率"为一体的新型环境相容的开采技术措施,也是绿色开采技术体系的重要组成部分。以某煤2351工作面为原型,采用相似模拟实验用膏体对采空区进行充填,采取边采边充的方式,研究了膏体充填条件下覆岩的动态破坏过程、覆岩的破坏形态及回采过程中围岩受力分析。实验表明:充填开采时上覆岩层仅发育裂隙带和弯曲带,垮落法开采时的直接顶在充填开采时转化为基本顶,工作面来压现象不明显,基本顶以上的岩层是以离层的形式向上发展的。     

膏体充填液压支架工作阻力确定

利用煤矿膏体充填开采工作面覆岩运动规律,指出膏体充填液压支架应能支护顶板和平衡膏体充填料浆侧向压力,提出了膏体充填液压支架工作阻力的计算方法,膏体充填工作面液压支架工作阻力观测与计算值基本相符,为膏体充填液压支架设计提供了相应的参考。     

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。     

太平煤矿膏体绿色充填开采技术实践

充填开采技术是在开采过程中将膏体充填材料输送到采空区支护顶板,以最大限度地提高村庄下、建筑物下、水体下压煤的资源回收率。太平煤矿对8311工作面采用采空区全部充填法进行回采,以保证采动后顶板不垮落,确保工作面不受水砂威胁。     

煤矿膏体充填矿压显现规律的充实效应研究

为了研究充实率对采场覆岩运动规律的影响,以岱庄矿为工程背景,首先对充填体特性进行了测试,然后利用Midas/GTS-FLAC~(3D)耦合模拟技术构建了2351工作面膏体充填开采的数值分析模型,模拟研究了采场在充实率为0、80%、85%、90%、95%、100%时的矿压显现规律。结果表明:充填体能有效抑制采场覆岩的移动和变形,充填采场的覆岩一般只出现裂隙带和弯曲下沉带;充实率越高,支承压力同比越小,前方煤体和后方充填体的峰值应力位置距离工作面越近;当采场充实率为100%时,与非充填开采相比,采场塑性区宽度约为原来的5%,支承压力为原来的50%以下。可见,采场覆岩运动的充实效应非常显著,工程实际中应尽可能地使采场充填接顶,以保证充填质量和开采安全。     

似膏体充填开采防止高承压底板水突出研究

以曹庄煤矿81006工作面为试验研究对象,开展了以防止高承压底板水突出为目的的似膏体充填开采系统及工作面底板破坏深度探测研究。研制了以胶固料、矸石粉、粉煤灰为原料的充填材料,构建了地面及井下2部分充填系统,实现了物料的添加、搅拌、输送的自动控制。采用钻孔双端封堵测漏装置,对似膏体充填开采工作面(81006工作面)和顶板垮落法开采工作面(8812工作面)的底板破坏深度进行了现场实测。结果表明,在似膏体充填开采条件下,矿山压力对工作面底板破坏深度显著减小。基于"下四带"理论,分析了似膏体充填开采条件下矿山压力对底板破坏深度减少的机理,证明了似膏体充填开采是防止高承压底板水突出的有效措施。     

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。     

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。