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.     

采空区充填控制巨厚火成岩下动力灾害的数值模拟

以某矿1022工作面为工程背景,利用UDEC建立二维离散元模型,模拟分析了工作面充填开采与未充填开采相比减小地表下沉,降低采空区两侧煤体集中应力的效果。研究结果表明:采用充填开采时,多个支撑点对上覆岩层载荷进行支撑,顶板的挠度值减小,巨厚火成岩弯曲下沉量减小;采空区两侧煤体受到的集中应力降低,应力集中系数减小,采用充填开采可有效地控制上覆岩层运动,降低因采动影响巨厚火成岩突然发生破断引起的动力灾害。     

固体废弃物胶结充填开采上覆岩层移动影响分析

通过建立计算机数值模型模拟固体废弃物胶结充填开采上覆岩层移动规律,观测不同工作面推进距离上覆岩层移动特征,对比长壁开采与充填开采关键层移动,分析充填开采关键层运动与上覆岩层移动特征。由于采空区被矸石和粉煤灰等材料所充填,充填工作面矿压显现和上覆岩层移动规律与一般垮落法管理顶板明显不同。研究表明：胶结充填开采工作面周期来压步距大,来压强度不明显;关键岩层弯曲下沉,不会出现岩层破断现象。上覆岩层移动范围明显减小,对地表变形能有效控制。     

粉煤灰膏体充填主要参数对上覆岩层控制的模拟研究与比较分析

粉煤灰膏体充填开采是目前最为有效的控制上覆岩层破坏的开采技术之一。结合邢台矿区实际情况,建立数值模型,就充填体强度和充填率这2个最主要充填参数对上覆岩层控制的影响程度进行了数值模拟研究,并比较分析了两者对地表下沉值的影响规律。结果表明,充填体强度对地表的最大下沉量起着重要的作用,保证足够高的充填率是分层膏体充填开采达到预期效果的重要前提。当充填体强度为1.5~3.0 MPa时,地表最大下沉值随强度的减小呈线性增大,而充填体强度小于1.5 MPa时,地表最大下沉值迅速增大;充填率减小,地表下沉值逐渐增大,且变化的幅度基本是均匀的。     

煤矿胶结充填开采覆岩移动变形规律数值分析

为分析煤矿胶结充填开采上覆岩层移动变形规律,以新阳矿十采区为工程背景,应用FLAC3D数值软件进行了模拟研究,分析了在不同充填率条件下,在一个回采空间内形成的"煤壁-顶板-充填体"的小结构和多个平行工作面形成的"煤柱-顶板岩层-充填体"的大结构上覆岩层的受力和变形情况。研究结果表明:在单工作面区域内,工作面前方出现增压区,在充填体侧出现减压区,随着充填率的增加,覆岩的移动变形量减小,充填体和工作面前方煤体的支承压力变小;在多个平行工作面区域内,基本顶在煤层倾斜方向上发生了连续弯曲下沉,基本顶的最大下沉量发生在各工作面中点位置;基本顶最大下沉量随充填率的增加而明显减小。     

高浓度胶结充填开采支架与围岩关系研究

通过分析高浓度胶结充填开采上覆岩层移动规律和支架与围岩关系,建立了顶板载荷计算方式,并通过新阳矿工程实例进行验证。研究表明:采场周期来压步距增大,强度降低,表明充填体能够有效支撑顶板,减缓上覆岩层的扰动,充填开采相比普通垮落综采,支架需要更高的工作阻力,并且高支护强度可以有效限制顶板的下沉,进而提高充填率,减缓地表变形。     

固体充填开采支架与围岩关系研究

分析了充填开采支架与围岩关系和上覆岩层移动特征，确立顶板载荷估算方法，并通过充填开采实例进行验证。研究表明：充填工作面周期来压步距大，来压强度不明显；直接顶随着工作面推进逐渐冒落，垮落步距相比于普通综采工作面显著增大；基本顶以缓慢下沉形式发生弯曲变形，上覆岩层移动范围明显减小。支架高工作阻力可以控制顶板的下沉量，保证良好的充填效果，进而减小覆岩破坏高度，控制地表变形。     

采动覆岩与地表下沉关系模型及离层量估算方法

地下开采可能导致地表沉陷、基础设施损毁、土地破坏或地面积水等，进而诱发生态环境恶化。而采空区固体充填和覆岩离层注浆是控制岩层移动，减小采动损害的有效技术手段。传统的覆岩离层注浆往往采用关键层理论、数值模拟、相似材料模型实验和理论分析手段，因涉及的物理力学参数多、边界条件限制等，计算过程复杂，仅能给出离层层位，难以定量确定离层量。开采沉陷研究表明，采动覆岩与地表移动方向指向采空中心，移动边界可以简化为线性边界，基于下沉盆地主断面上地表下沉与任一覆岩下沉的面积相等和煤系地层的层状特征，构建了采动覆岩与地表下沉的关系模型，较好地反映了覆岩与地表下沉随边界角、工作面宽度、开采深度的发展演化规律。采动覆岩与地表下沉比值随埋藏深度增加而增大，反映了采动下沉效应从顶板向覆岩、地表的传递规律；随着宽深比的增加，同一层位岩层下沉与地表下沉比值减小，地表下沉增大；当边界角减小时，地表下沉范围增大，地表下沉值减小。结合钻孔揭示的覆岩结构与组合，可以逐层计算上覆岩层和地表的下沉值，利用两相邻岩层下沉的非一致性，可以确定各岩层间的离层量，通过计算导水裂隙带高度，剔除导水裂隙带内无法形成封闭充填空间的无效离层，进...     

长壁全部充填与条带充填开采沉陷控制效果对比

为了研究不同充填开采方法对地表沉陷的控制作用,采用理论分析和数值模拟方法对比了长壁全部充填和条带充填开采的地表沉陷规律,并对二者差异及原因进行了分析,研究结果表明:在充填率相同的条件下,采用长壁条带充填开采能够形成若干个间隔支撑顶板的"条带充填体",限制顶板和覆岩的下沉量,保证覆岩关键层结构不破坏,使得地表沉陷可控;而采用长壁全部充填开采,充填体被平均分配到整个采空区,导致空顶高度增加、顶板和覆岩的下沉量变大,造成覆岩关键层结构发生破坏、地表下沉加剧,因而沉陷控制效果较条带充填明显变差;在控制相同的地表沉陷效果时,长壁条带充填的充填率较长壁全部充填明显降低;说明一定充填率条件下长壁条带充填开采对地表沉陷的控制效果比长壁全部充填开采更好。     

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。