刀柱采空区上方遗弃煤层上行开采可行性判定

针对刀柱采空区上方遗弃煤层开采问题,分析了现有上行开采可行性判定方法的不足.受关键层理论启迪,基于刀柱采空区上方岩层可形成的结构和上层煤开采对层间岩层的影响,提出了关键层叠合破断距的概念,形成了“5步法”刀柱采空区上方遗弃煤层上行开采可行性判定理论及方法.用本文提出的方法判定白家庄矿8号煤层刀柱采空区上方遗弃的6号煤层可以上行开采,并在生产实际中实施,开采情况正常.     

不同界面角度煤充结构体劈裂破坏特性与机理

柱旁充填中煤柱与充填体之间的界面为煤充结构体的薄弱环节,对煤充结构体的劈裂特性具有重要影响。本文开展了不同界面角度情形下煤充结构体试样破坏的巴西劈裂试验,分析了煤充结构体试样的劈裂特性、破坏模式与受力状态,并揭示了其劈裂破坏机理。结果表明：煤充结构体可简化为由煤体元件和充填体元件共同组成的复合承载体,其劈裂力学特性与界面角度密切相关。煤充结构体试样整体抗拉强度随界面角度增加呈先增大后减小的变化趋势,表现出明显的各向异性。煤充结构体试样的破坏模式表现为：类型Ⅰ:裂纹主要沿煤充结构体试样界面扩展;类型Ⅱ:裂纹主要沿煤充结构体试样加载方向扩展;类型Ⅲ:裂纹沿煤充结构体试样界面方向和加载方向扩展。煤充结构体劈裂破坏机理体现在：界面上所受载荷达到界面抗压、抗拉或抗剪强度,使试样内部产生沿界面贯通的裂纹,发生Ⅰ类破坏。煤体元件所受载荷先达到其抗拉强度,最早产生拉伸裂纹;随着载荷持续增大,充填体元件所受载荷也达到自身抗拉强度,最终沿加载方向在试样内产生贯通型拉伸裂纹,发生Ⅱ类破坏。煤体元件所受载荷先达到其抗拉强度,产生拉伸裂纹;随着载荷不断增大,先后或同时达到界面强度和充填体元件抗拉强度,使试样内形...     

应力传递对垮落岩体空隙率空间分布的影响

垮落岩体空隙率空间分布特征将直接影响采空区瓦斯涌入工作面。本文基于离散单元法,通过自主编程模拟了垮落岩体的压实过程,研究了岩块间应力的传递和演化对垮落岩体空隙率分布的影响。结果表明:垮落岩体内应力主要通过强力链向下传递,压缩量较小时,强力链主要集中在垮落岩体上部,使上部岩块受力大于下部,随压缩量增大,强力链向垮落岩体下部延伸,使上部的高应力区不断向下扩展。由于垮落岩体下部岩块受外力扰动较小,导致垮落岩体下部空隙率高于其他层位,其中下部空隙率为上部的1.1～1.4倍。垮落岩体空隙与力链空隙均呈现双峰分布,随压缩量增大,力链出现断裂,力链空隙进行重组,使岩块出现滑移,导致垮落岩体内部分大空隙分裂为小空隙。     

分级加载下矸石胶结充填材料蠕变特性研究

矸石胶结充填材料用于煤炭资源的充填开采时,其长期工作性能关系到采空区安全与稳定。为探讨无侧限充填体长期稳定性,制备不同骨料级配和不同水胶比的试样进行单轴压缩分级加载蠕变试验,并分析了长期稳定强度、蠕变硬化系数等参数。结果表明:基于A.N.Talbol骨料级配理论制备的矸石胶结充填材料可满足流动性能要求,其28d单轴抗压强度随水胶比增加而降低,n为0.8时最高,为6.73MPa;除n为0.9外,其他n值的充填体蠕变破坏强度大于28d单轴抗压强度,长期稳定强度在n为0.6时最高,为8.13MPa,n为0.9时最低,为4.47MPa,且随水胶比增加而降低,从8.82MPa降至5.83MPa,水胶比0.642是其急速转缓慢下降的临界值;在n为0.6、水胶比0.542时,蠕变硬化系数最大,分别为1.31和1.38,且随n值和水胶比增加而降低。     

综采面过陷落柱采动应力与柱体应力相互影响模拟研究

为了确保综采工作面安全通过陷落柱,采用数值模拟方法研究工作面推进过程中采动应力及陷落柱体应力随工作面推进的变化情况及相互影响。研究表明:陷落柱体应力和工作面采动应力的相互影响作用可分为弱、中、强3个影响阶段,3个阶段的范围分别为工作面距离陷落柱150~100 m,100~50 m和小于50 m。不同阶段关注重点不同:在弱影响阶段,采动应力开始对陷落柱体应力产生影响,在此之前需完成陷落柱加固;在中影响阶段,陷落柱对采动应力的影响开始显现;在强影响阶段,互相影响强烈,需加强顶板管理。根据研究结果,确定了K8403工作面顶板加强支护范围、陷落柱预加固时间及强度,实践表明加固效果良好,现已安全通过陷落柱。     

采场上覆岩层面接触块体结构的力学机理分析

在现场观测的基础上,建立了直接顶面接触块体结构的物理力学模型,并分析了其力学实质,提出了面接触块体结构的力学定义.同时基于块体理论中确定关键块体的思想,运用矢量分析法确定了面接触块体结构中的关键接触面,对其进行了力学分析,从而深入研究了面接触块体结构的力学特性,获得了结构整体所受的挤压力和摩擦力的解析式,并且针对大阳泉煤矿8113综放工作面进行了实例计算,所得结果与现场矿压观测结果基本吻合.     

A probe into “mining technique in the condition of floor failure” for coal seam above longwall goafs

Targeting at the coal seam with useful value discarded above goafs, attempted to explore the feasibility of “mining technique in the condition of floor failure” from theoretical point of view, and predicted. It indicated that mining technique in the condition of floor failure used above Longwall Goafs in Baijiazhuang Mining is totally feasible. At law, the deformation of the floor in the mining technique by means of probability-integral method. And it is discovered that deformed basin can emerge in the footwall of No.6 coal seam and its maximum subsidence was possibly 1 633 mm or so and its maximum positive curvature is 61.74/10⁻³. At last, it therefore suggests appropriate ground pressure control measures as strengthening observation of ground pressure and adopting false slope for exploitation and strengthening support for reasonable push and slide based on the adverse ground pressure behaviors possibly occurring in the mining technique. This serves to gather data and lay sturdy foundation for further probe into the mining technique, and offers theoretical and technical grounds for concrete implementation of the mining technique. Supporteel by National Nature Science Foundation of China (50704024); Shanxi Youth Sci-Tech Research Foundation (2007021024); Taiyuan Innovation Program (special item for undergraduate innovation and starting business) (07010746)     

机械破碎后煤矸石在Ca(OH)2溶液中的活性特征

为研究在48 h内机械破碎后的矸石粉末在不同浓度的氢氧化钙溶液中火山灰反应特性和活性离子溶出特性,采用X射线衍射仪、热场发射扫描电子显微镜和傅里叶红外光谱仪分别对矸石粉末浸入1 mol/L和0.1 mol/L Ca(OH)2溶液中不同时间段的滤渣矿物成分、微观形态和红外光谱进行分析和观测,同时运用电感耦合等离子体发射光谱仪和电导率仪分别对滤液的活性离子浓度和电导率进行测定。结果表明：机械破碎后的矸石具有火山灰活性,在两种浓度矸石-Ca(OH)2溶液中,活性离子Al3+,Fe3+,Si4+浓度均在6 h和24 h达到峰值;活性离子来源于矸石中高岭石Al-O和Si-O键能的变化,溶解时间越长,键能变化越明显;矸石在两种浓度的Ca(OH)2溶液中表面形态,都经历了片状矿物的裸露→薄片状Ca(OH)2晶体的附着→小颗粒活性物质的析出→花瓣状产物的生成向针柱状产物转变的过程;随溶解时间的增加,1 mol/L和0.1 mol/L矸石-Ca(OH)2溶液的电导率均呈下降趋势,且前者的火山灰反应程度明显高于后者。     

白家庄矿垮落法残采区上行开采相似模拟实验研究

针对白家庄煤矿垮落法残采区上覆煤层开采问题,通过室内相似模拟实验研究发现,受两次采动影响,上行开采层间岩层出现了裂隙产生、扩展甚至贯通的过程,导致其层间岩层发生了结构性变化。掌握了垮落法残采区上行开采层间岩层的应力传递规律,再现了垮落法残采区上行开采层间岩层受两层煤开采共同影响作用下的移动变形全过程和岩层结构演化过程,揭示了垮落法残采区上行开采层间岩层存在块体梁-半拱结构控制层的结构机理与其力学特性。     

柱式采空区蹬空复采充填体高-强协调机制及其临界高度研究

柱式采空区上层遗煤蹬空安全复采的关键在于确保底板煤岩柱的采动稳定性.针对山西朔州中煤金海洋煤业公司6#煤层蹬空开采底板煤柱易失稳诱发上行工作面垮塌的现象,提出地面注浆充填加固底板煤柱工程技术,借助于注浆充填固结体对底板煤柱形成的夹持作用,抑制底板煤柱采动裂缝扩展并提升其承载能力.综合采用数值模拟、理论分析和现场实测,研究不同强度及高度充填固结体夹持作用下底板煤柱采动裂缝及极限承载能力演化规律,并以裂缝数量和峰值强度为指标,定量表征不同强度和高度充填体对底板煤柱采动裂隙扩展的抑制效应和承载能力的强化效应,研究揭示不同充填体高度和强度的"高-强"协同作用及其底板煤柱增稳机制,据此确定柱式采空区注浆充填材料合理强度的配比方案及注浆充填体临界高度,即粉煤灰水泥比为2:1的混合浆液、固结强度为4 MPa和高度至少为6 m的充填体.论文研究阐明了充填体强度和高度对底板煤柱的耦合增稳机制,可为蹬空安全复采下伏采空区注浆加固提供有益指导,对优质遗煤资源安全复采具有重要意义.