影响固体充填开采效果的因素与对策

为了解放建(构)筑物下大量压煤,消除矿井矸石山,提出了在花园煤矿应用综合机械化固体充填采煤技术。在介绍充填采煤工艺与系统的基础上,重点分析了工业性试验期间影响固体充填开采效果的因素,并提出了解决对策。     

综合机械化固体充填采煤方法与技术研究

简要回顾了充填采矿的发展历程,指出了开发充填采煤技术的两大难点,即建立充填采煤的岩层控制理论和解决将充填体进入采空区的空间、通道和动力等技术途径;建立了固体充填采煤岩层移动控制和地表沉陷预计的等价采高方法;提出了能与传统综合机械化采煤技术相适应的综合机械化固体充填原理和方法,并介绍了自行研发的相关充填采煤系统和装备。工业性应用实践表明,综合机械化固体充填采煤除具有密实充填严格控制岩层移动和地表沉陷优点外,还能实现高产、高采出率采煤等良好的经济效益以及环境效益。     

充填体压实率对综合机械化固体充填采煤岩层移动控制作用分析

以地面矸石、粉煤灰、黄土等固体废弃物为充填材料的综合机械化固体充填采煤技术为“三下”压煤的安全高效回收创造了条件.结合现场地质条件并根据等价采高的概念,分析了不同矸石与粉煤灰充填体压实率对等价采高的影响规律;并通过数值模拟分析了矸石与粉煤灰充填体不同压实率条件下对综合机械化固体充填采煤岩层移动控制与地表沉陷的控制作用,提出了保持地表沉陷在允许范围之内的充填体压实率为15％;最后通过工程实践得出综合机械化固体充填采煤技术工作面的岩层移动及地表沉陷控制效果良好,基本没有影响到地表的建筑和设施的正常使用,研究成果可为综合机械化固体充填采煤技术的有效实施提供技术参考.     

预掘两巷前进式固体充填采煤技术研究

针对部分“三下”压煤区域地质条件及已存在巷道系统的限制问题,为保证固体充填开采之后对岩层移动及地表变形的控制效果,提出了预掘两巷前进式固体充填采煤技术,分析了该技术的原理及难点,建立了预掘两巷前进式固体充填系统、优化了充填采煤关键设备结构及布置方案,设计了固体充填采煤无煤柱沿空留巷方案及工艺,优化了充填采煤与沿空留巷一体化工艺。现场实践表明,预掘两巷前进式固体充填采煤技术可有效控制岩层移动与地表变形,采空区充实率达90.6%,无煤柱沿空留巷断面保持在原断面的90%以上,地表最大下沉值125 mm,可安全高效地开采类似条件“三下”压煤资源。     

综合机械化固体充填采煤技术研究进展

该文针对煤矿开采对生态环境的扰动影响,提出了低碳运行生态矿山建设理念,论述了综合机械化固体充填采煤技术研究成果,并对充填采煤条件下控制矿压显现进行了探讨。通过研究固体充填采煤液压支架设计方法及采煤矿压监测的方法,达到了在采煤过程中控制地表下沉的目的。     

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。     

固体充填材料压实特性及应用

针对目前广泛应用的5种固体充填材料,设计实验方案,对其压实特性展开研究,得出在侧限压缩条件下的应力-应变、应力-密度和压实本构特性规律,为固体充填采煤技术控制岩层及地表变形研究提供基础数据;并基于压实特性,制定了5种充填材料充填采煤工艺标准-夯实力设计指标和充采质量比,为各矿区选用不同充填材料进行固体充填采煤提供指导。     

煤矿充填采煤方法的应用与分析

为充分解放"三下"压煤,冀中能源集团成功应用了多种充填采煤方法,取得了良好的经济效益和社会效益。介绍了固体充填、膏体充填、似膏体充填和高水材料充填采煤方法的应用,从施工工艺、系统组成、充填材料、充填效果等方面进行了对比分析,总结了4种充填采煤方法的特点和适用条件,为进一步推广充填采煤技术提供了宝贵经验。     

综合机械化固体充填采煤一体化技术

为推广应用综合机械化固体充填采煤一体化技术,解放＂三下＂压煤,提高矿井采出率,实现矿山的绿色开采,在简要综述充填采煤历程和发展现代化充填采煤技术的目标、要求和难点的基础上,系统阐述了综合机械化固体充填采煤一体化技术的系统布置、关键装备,并介绍了该技术在密集建筑群下、邻近松散含水层区域和大型河堤下进行大规模充填开采煤炭的工程实例。应用结果表明：综合机械化固体充填一体化采煤技术可实现＂三下＂压煤的安全高效开采,具有广阔的应用前景。     

基于充实率控制的导水裂隙带发育高度研究

为了研究固体充填采煤充实率对导水裂隙带高度的控制作用,分析了固体充填采煤覆岩移动变形特征,借助等价采高理论套用经验公式对固体充填采煤不同充实率条件下导水裂隙带高度进行预计。运用数值模拟软件UDEC对不同充实率条件下导水裂隙带高度进行模拟,建立了固体充填采煤导水裂隙带高度预计的新方法,其结果与经验公式预计的结果相吻合。工业性试验表明:当煤层采高为3.5m、采空区充实率为85%时,导水裂隙带发育高度在10m左右,实测与预计结果基本一致。     

综合机械化固体充填采煤技术研究进展

在简要综述充填采煤历程和发展现代化充填采煤技术的目标、要求和难点的基础上,系统介绍了综合机械化固体充填采煤技术的研究进展。重点论述了密实充填采煤的岩层移动控制理论,其理论上的突破是新技术发展的前提,主要包括：充填开采岩层移动控制的等价采高理论;充填开采岩层运动的连续介质力学模型;充填开采岩层移动的计算公式;固体充填的采场矿压与支架受力分析。进而系统介绍了综合机械化固体充填采煤的系统、装备及工艺,以及在密集建筑群下、孤岛村庄煤柱区域、临近松散含水层区域和大型河堤下进行大规模充填开采煤炭的工程实例。     

固体充填采煤充实率控制导水裂隙带高度发育研究

为了研究固体充填采煤充实率对控制导水裂隙带高度发育的影响,分析了固体充填采煤覆岩移动变形特征,借助等价采高理论套用经验公式对固体充填采煤不同充实率导水裂隙带高度进行预计。运用数值模拟软件,通过对不同充实率导水裂隙带高度的模拟,建立了固体充填采煤导水裂隙带高度新的预计方法,其结果与套用经验公式预计的结果相吻合。工业性实验表明:固体充填采煤可以有效控制覆岩移动变形,顶板岩层整体保持其完整性,在煤层采高为3.5 m,采空区充实率为85%时,导水裂隙带高度在10 m左右的范围内,实测与预计结果基本一致。     

固体充填采煤充实率控制导水裂隙带高度发育研究

为了研究固体充填采煤充实率对控制导水裂隙带高度发育的影响,分析了固体充填采煤覆岩移动变形特征,借助等价采高理论套用经验公式对固体充填采煤不同充实率导水裂隙带高度进行预计。运用数值模拟软件,通过对不同充实率导水裂隙带高度的模拟,建立了固体充填采煤导水裂隙带高度新的预计方法,其结果与套用经验公式预计的结果相吻合。工业性实验表明:固体充填采煤可以有效控制覆岩移动变形,顶板岩层整体保持其完整性,在煤层采高为3.5 m,采空区充实率为85%时,导水裂隙带高度在10 m左右的范围内,实测与预计结果基本一致。     

充填开采充实率控制原理及技术研究

为评估固体充填开采采空区充填效果,提出以充实率作为技术衡量指标,并分析了影响充实率的关键因素。研究表明,顶板的提前下沉量、欠接顶量和充填物料的压缩变形量是决定充实率的三大关键因素,并据此优化了充填设备的结构及性能参数、改进了充填工艺、建立了充实率监控体系。该成果成功应用于平煤十二矿充填采煤工作面,采空区的实际充实率达到89.4%,实测地表最大下沉量仅15 mm,保证了地表建筑物的安全使用。     

固体密实充填采煤覆岩移动弹性地基薄板模型

固体充填采煤覆岩移动规律与传统垮落法开采相比发生了本质的变化,为准确地计算固体充填入采空区后上覆岩层的移动规律,在分析固体密实充填采煤覆岩移动特征的基础上,采用弹性地基薄板理论,建立了固体密实充填采煤充填体-基本顶力学模型,推导出了采场基本顶挠度、应力方程以及基本顶发生破断的临界条件,分析得出弹性地基系数是影响顶板移动变形的关键因素,并结合相关参数给出了基本顶最大下沉量和最大应力值随弹性地基系数的变化规律。平煤十二矿己15-13080充填采煤工作面工程实践结果表明:实测基本顶最大下沉值为347 mm,与理论计算结果相符。     

综合机械化固体充填采煤原位沿空留巷技术

针对综合机械化固体充填采煤原位沿空留巷的技术难点,在分析该条件下沿空留巷围岩结构力学模型的基础上,提出了综合机械化固体充填采煤巷旁充填原位沿空留巷的新技术。此项技术有3个关键方面：一是合理组织采煤、充填与留巷在时间与空间上的配合;二是针对原巷道设计合理可靠的支护形式,并保证采空区充填体的密实度;三是沿空留巷巷旁充填体的形式及锚杆、钢带、钢筋梯梁及金属网的组合加固方案设计。现场工业性试验表明,该技术条件下的沿空留巷巷道两帮位移最大46 mm,顶底板移近最大87 mm,采空区充填体与巷旁充填体共同控制了顶板活动,留巷维护效果良好。     

基于充填采煤的保水开采理论与实践应用

针对煤矿开采导致矿区水资源环境破坏的严重问题,根据矿区顶板含水层赋存特征,提出基于充填采煤的保水开采理论和技术。运用充填采煤顶板运移规律和控制机理,构建了充填采煤顶板含水层稳定性的力学模型,并得出了顶板含水层稳定性的边界条件,运用相似模拟试验分析验证了充填采煤对顶板含水层的保护机理及作用。研究结果表明:顶板稳定隔水层下沉量包括充前顶板下沉量、充后顶板下沉量和直接顶岩体特性下沉量,其破断的边界条件为hb≤Hb;随着密实充填率的增大,顶板稳定隔水层下沉量减小。通过对邢台煤矿充填工作面现场实测进行分析,发现应将充填体的密实充填率提高到68%以上,才能保证顶板含水层的完整性。     

井下煤矸分离与综合机械化固体充填采煤技术

在总结综合机械化固体充填采煤技术研究进展的基础上,提出实施煤矸井下分离的现实需求与意义,并着重综述了煤矸选择性破坏法、重介质选煤法、动筛跳汰法等常用井下煤矸分离方法的技术原理、系统及关键装备,提出了井下煤矸分离与固体充填采煤系统设计的基本原理。结合唐山煤矿存在"三下"压煤开采、矿区环境保护以及煤矸井下分离的工程案例,介绍了该矿"采煤→煤矸分离→矸石充填→采煤"闭合循环的采分充采一体化开采技术的基本原理、分离与充填系统设计及实际工程应用效果。研究表明:井下煤矸分离与矸石充填技术的有机结合可实现矸石减排、井下洗选以及地表沉陷控制,是实现绿色开采的重要途径。     

综合机械化固体充填采煤等价采高影响因素研究

介绍了综合机械化固体充填采煤技术原理及等价采高模型,分析了等价采高的影响因素及各因素产生的原因,并在此基础上,提出了相对应的控制方法.得出等价采高的主要影响因素包括充填前顶板下沉量、欠接顶量及充填体剩余压实度;通过选择合适的充填材料、优化设备技术参数、优化充填采煤工艺及规范人员操作等方法,可以有效地控制各因素对固体充填采煤等价采高的影响.     

综合机械化固体充填采煤技术在平煤十二矿的应用

为了解决地面矸石及粉煤灰固体废弃物堆积带来的环境污染问题,节约资源,对综合机械化固体充填采煤技术进行了应用研究。以平煤十二矿首个固体充填综采面为研究对象,矸石与粉煤灰作为充填材料,利用自夯式充填开采液压支架对建筑物下煤体进行采后固体充填,并对设备选型配套、设计及生产情况进行了讨论。结果表明:利用自夯式充填开采液压支架实现了建筑物下采煤与充填工艺的同时进行,提高了采出率;充填体能有效控制顶板的运移,确保地表建筑物不受采动的影响。