充填采煤液压支架工作阻力设计方法研究

本文分析了现有固体充填液压支架的结构及控顶特征,阐述了顶板条件、支架结构、充填密实程度和支架工作状态等关键影响因素对工作阻力的影响机制,建立了顶板-充填液压支架-充填体协同控顶力学模型,提出支架工作阻力的设计流程和方法:通过建立覆岩整体运动模型并结合临界充实率判断覆岩破断状态得到工作面顶板平均载荷大小,通过构建充填支架顶梁受力模型并求解立柱载荷比确定支架顶梁载荷形式,最后求解支架力学平衡方程得到充填液压支架的工作阻力。采用本方法设计了新巨龙煤矿1303N-1#充填工作面充填支架工作阻力。研究可为充填液压支架的选型设计提供理论支撑。     

孤岛充填工作面初采致冲力学机理探讨

孤岛充填工作面由于要控制采空区顶板下沉而导致工作面煤体支承压力分布变得复杂,造成冲击危险性评估方法不同于常规工作面,为了提供充填回收孤岛煤柱采场围岩稳定性分析的理论依据,以山东某矿孤岛充填工作面为背景,通过对孤岛煤柱覆岩结构及演化特征进行研究,建立了孤岛充填开采条件下“充填体-煤柱-顶板”力学模型,得到了充填工作面超前支承压力估算方法,提出了孤岛充填工作面煤体冲击失稳的判据。研究结果表明:① 采空区充填效果决定了上覆岩层下沉运动的空间以及与两侧采空区覆岩发生水平联动的范围,是影响孤岛煤柱覆岩结构演化特征的关键因素;② 受回采巷道切割及大直径钻孔卸压工程的影响,工作面煤体承载能力呈现明显的区域差异性,弹性承载区煤体是上覆岩层传递载荷的主要承载体,工作面开采边界条件和回采巷道布置方式是影响工作面煤体静态稳定性的主要控制因素;③ 充填材料受到采空区顶板下沉运动中压应力作用下发生压缩变形,当顶板和充填材料达到力学平衡时顶板下沉运动终止,充填材料固结体压缩变形量和弹性模量是影响工作面煤体动态稳定性的主要控制因素;④ 决定孤岛充填工作面冲击危险性的关键因素是工作面弹性承载区煤体静态支承压力和采空区顶板下沉量。针对这类冲击地压的致灾机理,通过煤层注水、高压水压裂及优化工作面布置以降低工作面弹性承载区煤体静态支承压力和提高采空区充填率、优化充填材料固结体压缩性能以减小采空区顶板下沉量等措施,可有效降低孤岛充填工作面的冲击危险性。该研究成果可为类似开采条件下冲击地压的防治提供参考。     

充填体协同支架控顶效应研究

固体充填开采中充实率是控制岩层移动的关键,充填工作面中煤壁、液压支架与充填体形成体系协同承载上方载荷、控制顶板变形,该体系中支架的合理工作阻力与充实率密不可分。基于充实率与岩层破断关系,建立了煤壁-支架-充填体耦合控顶力学模型,给出了高、低充实率(kg=4.16×108,kg=2.15×107 N/m3)下支架立柱的合理工作阻力公式,分析高、低充实率下顶板的变形和受力特征受上覆岩层载荷、煤壁地基系数与支架工作阻力的影响规律,研究结果表明:由于不同充实率导致工作面覆岩破断结构形态不同,充填支架工作阻力与充实率并非为线性正相关;相比煤壁地基系数、支架工作阻力,采空区上方载荷对顶板变形、弯矩分布影响较为显著。     

沿空留巷巷旁充填支护技术研究与应用

该文介绍了常用巷旁充填材料。建立了巷旁充填沿空留巷"限定变形"力学结构模型,得出了充填体宽度计算公式。概括了巷旁充填工艺系统。现场工业性试验表明,采用普通混泥土材料、CHCT系列材料、高水速凝材料进行巷旁充填,结合充填体两侧单体支柱临时支护和充填体上方及两侧锚杆(索)等支护,可有效控制顶板岩层运动,达到良好的留巷效果。     

深部矸石充填采场顶板下沉控制因素及影响规律研究

在分析深部矸石充填采场顶板下沉控制因素的基础上,首先确定了深部矸石充填采场煤体非弹性区范围,并基于深部充填采场充填采煤液压支架-煤体-充填体的耦合作用关系,引入非线性Winkler地基模型,构建了矸石材料控制深部充填采场顶板力学模型,求解得到了深部矸石充填采场顶板挠度方程,然后结合深部充填开采具体工程算例,计算得到了深...     

支架壁后充填作用分析

Ｕ型可缩性支架和围岩之间存在着空间，支架受力条件恶化，严重抑制着巷道支架支承能力的发近，实施壁后充填，巷道的维护得以改善，使围岩一充填体一支架形成共同承载的力学体系，可以提高支架的工作阻力和控制围岩的变形。运用围岩和支架相互作用原理，说明了充填体的刚度对支架性能的影响和充填材料的选择。     

考虑充填体支撑效应的矿岩-充填体相互作用机理分析

为更好地研究矿岩和充填体的相互作用机理,依据充填体的不同硬化时期对顶板和矿岩所处的支撑效应,将充填体分为小变形阶段的弹性变形和大变形阶段的塑性变形,建立相应的充填体与围岩相互作用的悬臂梁+均布荷载及相关约束的力学模型。同时通过配比制作标准圆柱体,待强度稳定后进行切割打磨,在中间掏空20 mm厚度的半圆饼,并用水砂比为1∶12的配料进行充填。通过电阻应变片,测试试样在加载作用下的内部和表壁应变情况,分析接触带处的应力应变变化规律。进一步通过数值模拟软件,模拟相关过程,验证相关试验结果。模拟结果表明：随着加载的进行,接触带的应变变化增幅较大,在没有围压约束、轴向荷载作用情况下,充填体受压从临空面开始产生了剥落现象。围压约束有效增大了接触带区域的安全系数值,局部区域从塑性破坏区变成稳定区。     

充填支架顶梁强度有限元分析

介绍膏体充填采煤方法,强调充填支架的关键作用。运用UG软件建立支架顶梁的三维实体模型,导入ANSYS环境中,针对扭转和偏载两种危险工况对顶梁进行有限元分析。得出的应力分布情况和危险部位,为充填支架顶梁的设计提供可靠的理论依据。     

充填采场支承压力分布特征及冲击灾害控制机理

为深入分析采场覆岩运动与支承压力分布特征,构建了充填采场支承压力计算力学模型;对充填工作面应力分布进行了现场实测,并以此为基础,分析了充填开采冲击灾害控制机理。研究表明:充填采场支承压力范围与集中程度较传统开采小,一般不会出现塑性区,支承压力范围与充填体对覆岩的承载系数Kc成反比,充填体承载系数Kc越大,充填体对覆岩的支承作用越大,采场支承压力范围也越小;充填采场煤体储存压缩弹性能和坚硬顶板储存弯曲弹性能较小,不易发生冲击灾害。     

局部充填过空巷技术充填体参数研究

为了消除木瓜煤矿10-102综采工作面过空巷时的安全隐患,建立空巷内局部充填顶板力学模型进行充填体合理间距的理论计算,并应用数值模拟软件建立空巷局部充填模型分析不同充填体长度对过空巷时工作面顶板下沉量进行分析,确定了8m长的充填体长度、8m的充填体间距的局部充填参数。通过现场应用并对工作面过空巷时液压支架的受力情况进行分析,发现工作面推至空巷时平均支架压力较距空巷40m时上升9.7%,且过空巷过程中并没有安全阀开启,该施工参数可保证工作面顺利安全的通过空巷。     

曹庄煤矿自流式似膏体充填工艺研究

 摘要：采用自流式似膏体充填工艺对曹庄煤矿81006工作面进行充填开采,介绍了曹庄煤矿自流式充填系统的构成及充填工艺,最后工作面充填效果进行评价。结果表明：超前巷道顶底板最大移近量为174mm,平均108mm,充填开采有效控制矿压显现强度;充填体内顶底板最大压缩量为104mm,压缩率为5.2%,充填体接顶效果好;充填体内应力逐渐增大,最大应力为15.02MPa,基本与原始应力13.75MPa相等,从采空区开始充填到充填体应力达到原始应力大约需要20天时间,充填密实率好,充填体可以承担覆岩全部重量;充填后,地表几乎没有下沉,地表得到有效保护。     

基于岩层移动理论的矸石条带充填采空区可行性研究

以弹性地基梁为基础,建立条带充填采煤岩层移动的力学模型,并对充填体承载基本顶岩梁进行了有限元受力分析;在此基础上进一步对条带充填体的布置方式、间距以及宽度进行了优化,并对优化结果进行了回归分析。分析表明：基本顶岩梁在充填体支撑内侧边缘处受力最大,在相邻两充填体之间的未充填区域中部变形最大;充填体以垂直工作面推进方向间隔布置能有效地封闭采空区的瓦斯,减少回风巷中瓦斯浓度;充填体的稳定性随采深和采高的增大而减小,随充填体宽度的增大而增大。     

沿空留巷顶板下沉规律及其影响因素分析

针对沿空留巷顶板下沉量大、控制十分困难的问题,在分析沿空留巷顶板下沉规律的基础上,利用能量守恒原理,建立了沿空留巷顶板下沉力学模型,推导出顶板下沉量的计算公式,并对顶板下沉的影响因素进行了定量分析和灰色关联度敏感性分析。结果表明：某矿沿空留巷顶板下沉量计算值为371.45 mm,较好地吻合现场测量值,理论计算公式是准确的。顶板下沉随巷道宽度、采高的增加而增大,随直接顶厚度、巷内支护阻力、煤帮侧向支护阻力、巷旁充填体宽度和充填体弹性模量的增加而减小;对沿空留巷顶板下沉的敏感度大小的影响因素依次为采高、充填体弹性模量、充填体宽度、直接顶厚度、巷内支护阻力、巷道宽度、煤帮侧向支护阻力,其关联度分别为0.96、0.73、0.68、0.52、0.28、0.13、0.04。研究结果可为有效控制沿空留巷围岩变形提供依据。     

超高水材料长壁工作面充填开采顶板控制技术

为研究充填工作面长度对岩层控制效果的影响,指导长壁工作面充填开采实践和为围岩变形控制提供依据,基于超高水材料的基本性能试验,利用差分法薄板理论建立了超高水材料长壁工作面充填开采顶板活动力学模型,得到关键层的预计变形量,分析充填工作面长度对关键层变形及破坏的影响,提出了长壁工作面充填开采顶板控制理念。研究结果表明:采空区顶板下沉最大挠度值随着工作面长度的增加而增加;要维持关键层不发生断裂,必须保证工作面长度和控顶长度在一定范围内。对比冀中能源陶一煤矿充1~5工作面(工作面长度50~60 m)和充6工作面(工作面长度120 m)充填开采实际情况,提出并应用地面充填系统构建、充填液面提高、隔离带设置、工作面锚网索支护4种长壁工作面顶板控制技术,有效地抑制了顶板变形,同时保证了良好的充填效果。     

付老庄铁矿阶段空场采场尾砂胶结充填接顶工艺优化

充填接顶是将充填材料充填到尽可能靠近矿石、岩石顶板或假顶处，使充填体对采空区顶板或假顶起支撑作用。为解决由充填接顶质量差而造成的顶板、假顶冒落或防止第二步骤回采矿石时，矿石体受到过大的地压问题，以付老庄铁矿采场充填为研究对象，通过充填管优化，增加多道中部隔离木板墙，多次移动下料口方法，使得采场接顶充填更加安全、快速，效果显著，能够有效地提高接顶率，降低二步采的安全风险。     

无煤柱开采巷道围岩稳定性分析

综合考虑沿空留巷围岩变形、采场覆岩运动规律及巷旁支护结构的特点,将沿空留巷顶板结构简化为采空区矸石、巷旁充填体及巷帮煤体共同作用的弹性力学模型,计算了该条件下的支护反力,利用控制变量的方法分析了影响支护反力的主要因素是充填体宽度和充填体弹性模量,得出了巷旁充填体压缩量计算公式。在此基础上,通过UDEC数值模拟方法,模拟了沿空留巷顶板关键岩块在弹性支撑条件下的应力状态,分别得出了充填体宽度及弹性模量与顶板下沉量的关系。综合以上分析,确定了赵官煤矿1705工作面沿空留巷巷道围岩控制方案。     

考虑两侧煤柱与弹性煤体基础的基本顶板初次破断特征

建立考虑两侧煤柱支撑与实体煤作为弹性基础的基本顶板初次断裂力学模型,采用差分算法及主弯矩破断准则计算研究得到如下结论。① 基本顶初始断裂位置为偏较弱煤柱侧悬顶区中部下表面(弹性基础系数k较小,基本顶厚度h、弹模E较大时),反之为偏较弱煤柱侧的长边实体煤区上表面;② 两侧煤柱的宽度L1,L2及支撑系数km1,km2改变时,基本顶中部区与实体煤区的主弯矩及位置几乎不改变,而两侧煤柱区的主弯矩及位置变化显著;③ E,h大,而L1,km1,L2,km2小时,基本顶在两侧煤柱区不断裂,破断顺序为:偏较弱煤柱侧的悬顶区中部下表面→偏较弱煤柱侧长边实体煤区上表面,断裂特征为非对称“=-X”型;反之基本顶在煤柱区会断裂,破断顺序为:偏较弱煤柱侧长边实体煤区上表面→偏较弱煤柱侧悬顶区中部下表面→较强煤柱区上表面→较弱煤柱区上表面,断裂特征为非对称“O-X”型;而L1,km1较小,L2,km2较大时,只较弱煤柱侧基本顶不破断,最终断裂形态为非对称“U-X”型;④ 比值k/E或k/(Eh3)不变(k,E,h改变时,km1及km2与k保持某个任意比值不变),基本顶破断规律不变。     

粉煤灰高水短壁部分充填技术研究与实践

针对承压水上、建筑物下开采技术难题,在系统分析粉煤灰高水材料特性、充填工艺和禁止井工煤矿使用的设备及工艺目录(2008年第2批)"巷道式采煤"的基础上,通过理论分析、室内试验及现场实测等方法,对粉煤灰高水短壁部分充填工作面设计及围岩控制下效果进行了系统研究。主要结论包括:1对粉煤灰高水充填材料发泡机理、材料特性、充填工艺进行了分析;2提出了短壁部分充填工作面设计方法及采-充程序及工艺,数值模拟表明50 m充填联合支撑体与20 m采空区底板塑性区范围为6~8 m,顶板塑性区范围10~12 m;3充填体密实性、原位强度和安全系数表明,充填体与顶板接顶率大于95%,原位强度1.93 MPa,安全系数6.8,粉煤灰高水充填体联合支撑体系能够保持围岩稳定;4充填体和底板变形监测表明,短壁部分充填采场顶板最大下沉量80 mm,底板最大破坏深度8 m,底板隔水层厚度在安全范围之内。在埠村煤矿9111工作面进行了现场实施,相关研究成果可以对类似条件下的煤炭开采提供参考。     

急倾斜工作面顶板变形特征及其影响因素分析

利用材料力学等相关理论,结合龙煤集团新铁煤矿某工作面的实际煤岩赋存条件,根据急倾斜煤层赋存的非对称性以及工作面下部冒落矸石的充填特征,将上覆岩层作用载荷和充填矸石支撑力进行简化,建立了急倾斜工作面顶板弯曲变形力学模型,给出了急倾斜工作面顶板的挠曲线方程,分析了不同煤层采高、不同工作面长度条件下顶板最大挠度点位置的变化关系。     

空场嗣后充填法充填体力学作用过程及控制效果分析

以某铁矿-230～-290m中段的实际工程为依托,采用数值模拟的方法,分析了大直径深孔阶段空场嗣后充填法中充填体力学作用过程及控制效果。研究结果表明,胶结充填体只有被挤压才能发挥出对围岩的支护抗力,胶结充填和废石充填能够有效控制覆岩移动变形,变形主要发生在矿柱回采阶段,地压总体显现不明显。