纤维增强膏体充填材料的宏细观试验

为了提高膏体充填体的稳定性,在膏体充填材料中加入纤维以改善其脆性. 采用宏细观试验方法研究了聚丙烯纤维增强膏体充填材料的破坏行为. 从宏观上,通过一系列单轴压缩试验定量研究了纤维掺量对膏体充填材料力学性能影响. 采用X射线CT多层切片扫描技术分析了纤维对膏体充填体试件细观结构的影响. 研究结果表明:水泥掺量为10℅时,纤维使膏体充填材料的峰值强度略有增加,纤维可大幅度提高其韧度和峰值强度点的应变;纤维能阻止试件中裂缝的扩展和延伸,使裂缝细化、分散,进而使试件在破坏前可形成更大体积的裂缝,这些裂缝在形成过程中可吸收更多的能量,从而提高膏体充填材料的韧性.     

极近距离煤层回采巷道合理位置确定

在曹村矿10#与11#极近距离煤层开采地质条件基础上,对上位10#煤开采后底板破坏深度及遗留煤柱下方应力分布情况进行了力学计算分析.计算结果表明,10#煤开采后引起的超前支承压力,对其底板最大破坏深度为26.1m,是两层煤间距的2.8倍;煤柱底板的应力分布具有显著的非均匀性.为了衡量煤柱下方底板内应力场的非均布情况,定义了应力场变化率系数ξ.考虑1.5倍的安全系数,并结合采用均布载荷计算得出的错距和底板破坏情况,确定11#煤209工作面回采巷道合理内错距为7.5m.现场应用表明,确定的内错7.5m布置较为合适,巷道支护效果较好,未出现强烈的矿压显现.     

金川镍矿尾砂膏体充填采矿技术进步与展望

膏体充填是充填法采矿中技术最先进和难度最大的采矿技术.从20世纪80年代末期到90年代中期,金川矿山在我国首次开展了尾砂膏体充填技术的引进、研究、建设和工业化应用.由于膏体充填在我国尚属首次,因此在系统设计和工程应用中存在诸多问题,导致膏体充填系统于1999年投产6年来一直处于非正常生产状态.虽然矿山开展了不间断研究和技术改造,但一直未取得突破性进展.针对在生产中暴露出的问题以及前期研究经验,从2005年4月开展为期1年多的膏体充填技术攻关和系统改造,由此获得重大突破.改造后的膏体充填系统不仅实现正常生产,充填生产能力逐年提高,而且在2011年达到设计生产能力,从而解决了长期困扰尾砂膏体充填的技术难题.首先简要概述我国目前尾砂膏体充填技术应用现状,然后重点总结金川矿山尾砂膏体充填技术研究进展以及所取得的攻关成果,展望金川矿山充填采矿技术的发展趋势.     

锗废渣对膏体流变性能及自流输送规律研究

将工业固体废弃物锗废渣作为膏体充填物料充填于井下,以期实现资源综合利用.首先研究了锗废渣以不同比例掺入到膏体中对膏体流变性能的影响,在此基础上利用三因素六水平的均匀设计方案,通过回归分析和参数优化分析了锗废渣掺入膏体后对膏体管道自流输送的影响.最终确定了锗废渣在膏体中最佳掺量为15％、膏体在管道输送中的最大输送速度u、膏体的优化配比(浓度75％,砂灰比8∶1)及锗废渣对膏体管道输送的影响规律.     

孤岛煤柱下底板岩体损伤过程与分区破坏特征分析

以回坡底煤矿为工程背景,分别建立了工作面前方支承压力扰动阶段和采空区压实稳定阶段的底板力学模型.基于相关力学模型,通过理论计算分别得到了支承压力扰动阶段、底板卸压阶段和采空区压实稳定阶段的底板岩体破坏特征.计算结果表明:在工作面前方支承压力扰动阶段,仅在工作面外侧底板岩体发生了破坏;在底板卸压阶段,工作面底板岩体发生了卸荷破坏,破坏形态呈半弧形,最大卸荷破坏深度约26 m,位于工作面底板中部;在采空区压实稳定阶段,残留煤柱下方岩体的主应力差增大,发生了较为严重的压剪破坏.由理论计算结果得到了采场底板岩体的分区破坏特征,并采用数值模拟手段对采场底板分区破坏特征进行了验证,数值模拟结果与理论计算结果大致相当,基于底板岩体的分区破坏特征对下层煤回采巷道的非对称变形机制进行了初步分析.以卸荷时间间接表征工作面推进速度,推导得出了考虑岩体卸荷应力及工作面推进速度的蠕变本构方程,计算结果表明:适当提高工作面推进速度可提高底板岩体的稳定性和完整性.     

高水材料巷旁预充填在煤矿开采中的应用

云驾岭煤矿在12802工作面拟采用巷旁预充填无煤柱开采技术,为了掌握高水材料巷旁充填体的稳定性及顶板活动规律,通过现场实测对云驾岭煤矿12802工作面运巷巷旁充填体进行受力及稳定性分析,掌握了充填体上方顶板的活动规律以及充填体的受力及稳定性.充填体远离工作面后受力逐渐趋于稳定,稳定后的应力值小于该处的原岩应力,巷旁充填位置选择合理,受力状态较好,有利于保持充填体的完整和稳定.该结论为后期下区段开采时沿充填体掘进回风巷,采用合理的支护设计及安全回采提供依据.     

固体废物膏体充填不迁村采煤

对比分析了村庄压煤采用传统迁村开采、条带开采存在的问题，以及采用固体废物膏体充填不迁村采煤技术的优越性，阐明我国煤矿发展固体废物膏体充填的重要意义。提出5种不迁村膏体充填采煤方法，分析煤矿膏体充填的特殊性，介绍了专门为煤矿膏体充填研究的2种膏体胶结料，并指出了膏体充填不迁村采煤技术的研究方向。     

似膏体粘弹塑性流变模型与流变方程研究

以浆体流变力学，粘弹性力学为基础，通过对似膏体充填料浆的微观结构分析。建立了其广义粘弹塑性流变模型。推导出流变方程的一般表达式；通过稳态和动态剪切条件下流变特性和流变参数的测试，得出了似膏体充填料浆的流变方程，研究结果为浆体输送的管路设计，阻力计算和参数优化等提供了理论依据。也为似膏体和其它高浓度（质量分数）浆体输送的管道损坏，机理以及解决措施的研究提供了新思路和新方法。     

胶结充填材料的强度特性与强度设计(Ⅰ)——胶结充填体的强度设计

目前国内外胶结充填体强度的设计方法可分为三类,即类比法、模型法及数值分析法。本文对国内外部分矿山胶结充填体的强度设计方法及主要参数进行了归纳和分析,并采用模型法按照胶结充填体的高度与强度这一对矛盾因素,得出了一条强度经验曲线和计算公式。文中还介绍了胶结充填料强度测试的基本方法。     

窄煤柱工作面沿空留巷围岩大变形控制技术及应用

针对窄煤柱工作面沿空留巷巷旁支护体参数不合理和围岩严重变形等问题,研究了不同巷旁支护体宽度、强度和充填率对窄煤柱工作面沿空留巷围岩变形破坏的影响。研究结果表明:充填体宽度、强度和充填率不同,对窄煤柱工作面沿空留巷围岩应力分布及变形有很大影响;充填体宽度、强度和充填率过低时充填体承载能力较小,沿空留巷围岩变形量较大;过高时顶板下沉量减小不明显,使成本增加;充填体宽度2 m,强度为30 MPa,充填率95%以上,可保证沿空留巷围岩稳定;提出的"巷内锚网索+巷旁充填柔模混凝土墙+单体柱+基本底注浆"联合支护技术,控制了沿空留巷围岩的大变形。工业性试验结果表明:沿空留巷顶底板移近量最大值600 mm,两帮移近量最大值为435 mm,分别是原方案变形量的55. 5%和51. 6%,沿空留巷围岩变形得到有效控制,能满足通风和安全生产的要求。     

Relationship between water inrush from coal seam floors and main roof weighting

A water-resistant key strata model of a goaf floor prior to main roof weighting was developed to explore the relationship between water inrush from the floor and main roof weighting. The stress distribution,broken characteristics, and the risk area for water inrush of the water-resistant key strata were analysed using elastic thin plate theory. The formula of the maximum water pressure tolerated by the waterresistant key strata was deduced. The effects of the caved load of the goaf, the goaf size prior to main roof weighting, the advancing distance of the workface or weighting step, and the thickness of the waterresistant key strata on the breaking and instability of the water-resistant key strata were analysed.The results indicate that the water inrush from the floor can be predicted and prevented by controlling the initial or periodic weighting step with measures such as artificial forced caving, thus achieving safe mining conditions above confined aquifers. The findings provide an important theoretical basis for determining water inrush from the floor when mining above confined aquifers.     

开采煤层底板"四带"划分理论与实践

简述了国内外开采煤层底板突水机理的研究现状．基于损伤力学、断裂力学和矿山压力理论，在开采煤层底板“三带”划分理论基础上，提出了开采煤层底板“四带”划分理论，即开采煤层底板可以划分出I矿压破坏带；Ⅱ新增损伤带；Ⅲ原始损伤带；Ⅳ原始导高带．对比分析了上述2种理论的共同点和不同点，推导出开采煤层底板“四带”理论中各带厚度的计算公式，给出了底板突水判别方法．结合肥城煤田开采煤层底板探测实例，说明开采煤层底板“四带”存在的客观性．     

承压水上采煤底板破坏规律流固耦合研究

为分析承压水上采煤底板变形破坏规律,建立了承压水上采煤流固耦合数学模型,采用FLAC3D模拟软件分析之。运用正交试验的方式对底板变形破坏影响较大、易量化的4个因素进行分析;在此分析基础上得出单一因素对底板破坏的影响关系。分析结果表明：影响底板破坏深度大小的因素依次是工作面宽度、隔水层厚度、承压水压力和煤层埋深;随着隔水层厚度的增加,底板的破裂深度及范围有减小的趋势,同时在隔水层底部的原位张裂范围也在减小,甚至消失;在流固耦合模式下随着水压力的增加,岩体的破坏程度远远大于非耦合的情况。     

Analytical model and application of stress distribution on mining coal floor

Given the analysis of underground pressure, a stress calculation model of coal floor stress has been established based on a theory of elasticity. The model presents the law of stress distribution on the relatively fixed position of the mining coal floor: the extent of stress variation in a fixed floor position decreases gradually along with depth, the decreasing rate of the vertical stress is clearly larger than that of the horizontal stress at a specific depth. The direction of the maximum principal stress changes gradually from a vertical direction to a horizontal direction with the advance of the working face. The deformation and permeability of the rock mass of the coal floor are obtained by contrasting the difference of the principal stress established from theoretical calculations with curves of stress-strain and permeability-strain from tests, which is an important mechanical basis for preventing water inrush from confined aquifers.     

青东矿10煤层水文地质特征及充水因素分析

为了评价10煤层开采可能产生的水害影响,根据矿井含、隔水层的水文地质特征,指出10煤层受采动破坏,顶底板砂岩裂隙水、太原组和奥陶系岩溶水沿采动裂隙和断层溃入矿井,对矿井开采形成威胁。根据对矿井充水因素的分析,得出矿井的充水强度不大,充水通道主要为隔水层薄弱地段采动裂隙和断层破碎带。     

地下铁矿床灰岩顶板突水机理模拟研究

根据水和岩石间力的传递过程的基本理论,利用SURPAC生成的真实地质模型,运用FLAC3D模拟了真实矿体开挖、填充对顶板稳定性的扰动.结果表明：矿房顶板的拉应力、沉降和塑性深度都随开挖步的进行逐渐增加,在开挖完5层后,拉应力的影响深度为10 m左右;矿房顶板的沉降为9.2 mm;矿房顶板的塑性深度为25 m;最大孔隙水压力随开挖步的进行逐渐减小.此时矿房顶板和注浆灰岩顶板在扰动下的塑性区都还没有贯通,注浆灰岩的隔水性能够得到保证.     

含水层下矸石充实率控制导水裂隙带高度发育研究

根据含水层下矸石充填采煤覆岩移动变形特征,对等价采高的计算公式进行了细化和修正,并利用此修正的公式对不同充实率的情况下进行预计导水裂隙带高度,实践开采得出结论:含水层下矸石充填对覆岩移动变形产生有效控制,导水裂隙带预计高度和实测结果二者大体一致。     

Fractured zone height of longwall mining and its effects on the overburden aquifers

As mining depth becomes deeper and deeper, the possibility of undermining overburden aquifers is increasing. It is very important for coal miners to undertake studies on the height of fractured zone during longwall mining and the effects of longwall mining on the underground water while mining under surface water bodies and underground aquifers. In order to study this problem, piezometers for monitoring underground water levels were installed above the longwall panels in an American coalmine. Large amounts of pre-mining, during mining and post-mining monitoring data were collected. Based on the data, the heights of fractured zones were obtained and the effects of longwall mining on the underground water were studied. The results demonstrate that when the piezometer monitoring wells had an interburden thickness of less than 72.7 m, the groundwater level decreased immediately to immeasurable levels and the wells went dry after undermining the face of longwall. The height of the fractured zone is 72.7–85.3 m in the geological and mining conditions. The results also show that the calculated values of fractured zones by the empirical formulae used in China are smaller than the actual results. Therefore, it is not always safe to use them for analyses while mining under water bodies.     

充填开采时上覆岩层的活动规律和稳定性分析

采空区充填开采为“三下”煤炭的合理开采创造了条件，本结合现场地质条件，分析了采空区全部充填条件下，充填体压缩率对上覆岩层活动的影响规律，分析了该条件下关键层的稳定性及其对上覆岩层活动的影响，提出了保持岩层移动在合理范围的充填体允许压缩率，研究结果可为采空区充填开采的有效实施提供参考。