超高水材料袋式充填开采工作面矿压显现规律研究

为了掌握超高水材料充填开采工作面矿压显现规律,以亨健公司2515充填工作面为研究对象,研究了2515工作面支架工作特征、支架立柱增阻特性、充填体压力变化特征及顶底板移动规律等。结果显示,2515充填工作面来压现象不明显,工作面开采对地表影响不大。该成果为超高水材料充填工作面开采提供了理论基础。     

袋式充填开采覆岩控制机理及关键技术

通过分析超高水材料袋式充填开采覆岩活动特征,揭示了袋式充填开采覆岩控制机理,指出超高水材料袋式充填开采时,提高充填率及减小支架尾梁厚度是控制地表下沉的关键途径。研究并实施了隔板优化布置、采空区埋管补注充填、打钻补注充填等提高充填率的关键技术与工艺,实现了地表沉降的有效控制。     

超高水材料充填开采覆岩活动规律分析与应用

为确保邯矿集团陶一矿区充填试验工作面开采过程中地表建筑物稳定,基于现场地质条件建立了超高水材料开放式充填综采覆岩活动力学模型,推导出充填支撑区和空顶区挠度方程;通过单轴和三轴压缩试验,得出高水材料充填体在1～7 d时间的弹性系数,然后得出充填体呈固结状态后关键层下沉变形量几乎为0,充填过渡区、初凝区及悬顶区关键层下沉量较大,且下沉量随工作面悬顶距及推进长度的增加而增加,进而计算出在安全系数为1.2的条件下悬顶距应保持在16 m范围内。通过对试验工作面开采期间地表沉陷进行测试,得出地表下沉系数仅为0.05,地表下沉值最大可达119 mm,验证了力学模型分析结果的准确性,有效抑制了覆岩的移动以及地表沉陷。     

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。     

膏体充填开采围岩变形及地表移动实验模拟研究

以某煤矿2307充填开采工作面为原型,采用相似模拟与数值模拟相结合的方法,建立地质力学模型,模拟分析了开采充填过程中围岩、地表的力学演化规律和移动变形过程。研究表明:充填开采可有效控制覆岩破坏和地表变形,顶板出现离层裂隙,但未垮落,最大下沉滞后工作面约58.5m;开采过程中围岩应力释放,顶板出现拉伸,采空区前后端及底板出现应力集中,为开采前的1.47~1.78倍,充填工作面周期来压不明显;开挖后地面下沉值为212.7mm,下沉系数为0.06,地面水平变形和倾斜变形形态与垮落法管理顶板曲线形态相似,量值较小。     

工作面覆岩移动变形观测分析

为了准确掌握工作面开采引起覆岩的变形情况,以Z11590工作面采后的覆岩变形为观测的对象,对顶底板移近量、顶底板间应力、覆岩的离层量和超前支撑压力进行观测。分析结果显示,随着工作面的远离,工作面后方的采空区顶板与充填体接触,由于所充填的似膏体起到了支撑作用,顶板下沉速率减缓,下沉量逐渐稳定,最大下沉值为0.376 m;采空区内竖向围岩应力在充填体的承压作用下增长缓慢,竖向应力最大值为8.7 MPa,采空区内充填物承载压应力为原岩应力的75%;顶板中水平离层裂隙的高度也得到了控制,最大高度为15mm;超前支承压力峰值距工作面2.0 m左右,影响范围约为14.4 m左右,最大峰值压力为24.6 MPa,支承压力系数为2.12。     

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。     

中厚煤层回采工作面充填开采与效果分析

针对辛置煤矿10-429工作面地面区域存在建筑物及村庄的情况,确定采用充填开采,通过分析各项充填材料的优缺点,确定采用超高水材料作为充填材料,基于工作面特征,进行充填开采技术各项参数的设计,并在充填开采时,进行充填体受力和地表沉降的观测。结果表明:采用超高水材料充填开采后,工作面无明显的周期来压现象,充填体的受力正常,工作面区域顶板的最大下沉量为0.21 m,充填开采效果显著。     

薄煤层超高水材料充填开采相似模拟试验研究

以山东某矿煤岩赋存条件为原型,取线性比Cl=1/150、时间比Ct=1/150、强度比CR=143×10 -3进行了薄煤层（厚度1.2 m）超高水材料充填开采相似模拟试验研究。设计了试验参数及超高水材料在模型采空区的充填方法,揭示了薄煤层超水材料充填开采采场覆岩及地表活动规律,并与类似条件下的垮落法开采进行了对比。结果表明：与垮落法开采相比,超高水材料充填开采时工作面超前支承压力的影响范围缩小且峰值明显降低,工作面后方上覆岩层稳定时间缩短,没有出现垮落带与明显断裂带;该技术能将地表移动和变形控制在规定要求的范围内,提高充填率有助于降低覆岩活动与地表变形程度。     

似膏体充填工作面覆岩运动规律研究

为研究似膏体充填开采覆岩运动规律,采用自行研发的矿压传感器对曹庄煤矿81006似膏体充填工作面进行矿压观测,得到了81006工作面超前支承压力分布规律、充填体内垂直应力及已充填区域内顶底板移近量。结果表明:超前支承压力影响范围为10 m左右,煤壁前方应力场为单一的弹性应力分布;已充填区域内顶底板最大移近量为104 mm,充填体压缩率约为5.2%;充填体内应力计进入稳定状态后应力为15.06 MPa,与原岩应力13.75 MPa相近,充填体接顶效果较好,充填体可以支承上覆岩层的全部质量;工作面充填后,矿压显现较弱,覆岩较稳定,达到预期效果。     

大采高包式充填+沿空留巷开采方法在亨健公司的应用

 邯矿集团亨健矿业公司2515工作面煤层平均厚度4.5m,属于建下压煤,为了开采这部分煤层,亨健公司对该工作面采空区采用了超高水材料包式充填的方法进行处理,同时对2515工作面上巷采用高水材料巷旁支护,沿空留巷处理,取得了良好的开采效果。     

建筑物下充填条带开采方案设计及效果评价

为了解放建筑物下煤炭资源,以邯郸矿区某矿断层发育区地质采矿条件为研究背景,基于超高水材料充填开采技术,提出了充填条带、冒落条带2种开采方案的工作面布置。在分析了地表变形预计参数的基础上,采用概率积分法基本原理,进行了地表变形预计,并对开采方案进行了优化设计,并给出了安全开采技术措施。结果表明：采用充填条带开采和冒落条带开采,分别可采出煤炭资源330.17万t、216.88万t,采出率分别为70%、45%,地表最大下沉分别为1 390 mm、1 420 mm,最大倾斜均为10.9 mm/m,建议采用超高水材料充填条带开采方案。此方案设计为类似地质采矿条件下的煤炭资源开采提供了理论依据和技术参考。     

巨厚岩浆岩下充填开采的动力灾害控制

工作面上覆硬厚岩浆岩大范围运移可能诱发冲击地压、煤与瓦斯突出等动力灾害,且易导致地表突然下沉。以某煤矿首采工作面为背景,对巨厚岩浆岩下垮落法与充填法开采进行了离散元数值模拟,分析了充填开采对岩浆岩运移与采动应力的控制效果。研究表明：垮落法开采时,岩浆岩初次运动前支承压力迅速增加,最大峰值达到45.97 MPa,易引起冲击地压等动力灾害;初次运动后上部岩层发生同步运移,下沉速度显著增大,最大下沉量达1.21 m。充填法开采时,支承压力变化不大,最大峰值为25.88 MPa;与垮落法相同推进步距时,岩浆岩上覆岩层下沉量仅为0.044 4 m。充填法开采有效降低了围岩应力和地表下沉,降低了动力灾害的危险程度。     

超高水材料充填开采技术研究

针对超高水材料性能差、充填体密实程度低、充填工艺系统复杂等问题,以田庄煤矿超高水材料充填开采为工程背景,研究了不同外加剂掺量对超高水材料的影响,分析了超高水材料蠕变性能,改进了充填系统和工艺,并开展了工业性试验和效果分析。结果表明:随AA外加剂掺量增加,浆液流动性能变差,泌水率降低,单轴抗压强度逐渐增加,28d强度最大可达0.90 MPa;在6.5 MPa压力作用下封闭的超高水材料应变仅为6.02×10~(-3),超高水材料可视为不可压缩体;充填工艺系统简洁、高效、稳定,实现了精准自动化操作和半连续制浆、连续放浆的工艺,满足了工作面的快速回采和充填要求;超高水材料性能好、充填体密实度高、接顶充分,达到了显著的地表沉降控制效果,实现了煤炭资源的绿色开采。     

超高水材料分段开放式充填开采研究

超高水材料充填工艺是近年来发展较快的一种“三下”充填开采工艺。通过对超高水材料性能的研究及总结近年来在多个煤矿中的试验和应用所取得的经验,针对新光集团刘东煤矿煤层倾角较大的情况,提出了超高水材料预留煤柱分段开放式充填开采。通过留设煤柱和构筑隔离墙的方法隔离采空区,形成一个封闭的空间,对采空区进行充填,超高水材料浆液的高流动性可使其自行流入“采空”空间,并在短时间内凝结,通过固结体与垮矸形成的结构体控制上覆岩层活动,从而达到减缓地面沉降的目的。结果表明：在复杂的地质条件下,分段开放式充填工艺为超高水材料充填开采带来了更大的灵活性,使其具有了更广泛的应用空间。     

大采深综采工作面充填留巷围岩稳定性关键技术研究

为解决大采深综采工作面无煤柱沿空留巷围岩稳定性问题,通过对充填体切断和支护顶板动力学过程进行理论分析,得出了充填体抗压强度22 MPa条件下,宽度不小于2.4 m;采用FLAC3D数值模拟,对不同厚度及不同强度充填体下巷道顶板下沉量和围岩塑性区变化规律进行了研究,得出了充填体厚度为2.5 m、强度为22 MPa时顶板下沉量达到工程需求,并提出了沿空留巷超前区、待充填区和滞后区分段支护技术,为类似地质条件矿井中该技术的应用提供借鉴。     

超高水材料阻隔式充填开采技术

超高水材料是一种水体积可达95%～97%,水灰比接近11∶1的采空区充填材料。结合超高水材料的基本性能,针对近水平煤层充填开采的难点,提出了阻隔式充填方法,通过对地表移动变形的观测表明,充填对控制地表下沉产生了决定性作用。该充填方式成功实施说明:超高水材料是性能良好的采空区充填材料;超高水材料阻隔式填开采技术是一种适合于近水平煤层的充填方法。     

倾斜煤层的超高水材料混合固结充填法

为解决超高水材料开放式充填受煤层倾角影响较大的缺点,实现倾斜煤层安全、高效的充填开采,创新性地提出了混合充填的新思路,形成了超高水材料混合固结充填技术并深入地进行了可行性分析。给出了相关充填工艺流程：首先填充固体充填物,之后充填高水材料,待浆液液面达到要求高度后,进行二次充填固体充填物。分析了该技术的充填机理和能够控制上覆岩层运动的实质,总结了技术的特色和优点。认为该充填技术合理地利用了煤层倾角,达到了充填不受煤层倾角限制的目地,解决了开放式充填的技术难题,同时还进一步提高了控制地表移动的能力。此外,超高水材料混合固结充填成本低廉,采煤与充填互不影响,为提高倾斜煤层滞压资源采出率、减缓地表损害提供了新的手段,具有广阔的应用前景。     

许厂煤矿矸石置换充填开采模式研究

 针对许厂煤矿面临的村庄建筑物下压煤、矿井上下矸石大量堆积等问题,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。在条带开采后所留设得大煤柱中集中布置2条宽4.0m、高5.0m得矸石充填巷,巷间煤柱宽4.0m,利用井下产生的矸石对该巷道进行回填。通过对充填巷道围岩变形监测,测得两帮移近量最大为20mm,顶底板移近量最大为17mm;配合地表运动监测分析得出,地表下沉效果不明显,可保证地表建筑物的变形在I级变形之内。