复合顶板巷旁充填沿空留巷技术实践

淮南矿业集团顾桥煤矿1115(1)工作面为复合顶板,高瓦斯。为了无煤柱连续开采的需要,提出了在复合顶板条件下巷旁充填沿空留巷技术。通过选择合理的充填材料,对沿空留巷充填设备进行改造,并设计合理的充填工艺及充填布置系统方案,分别对沿空留巷及充填体表面变形、充填体下沉变形及其应力变化等情况进行监测。结果表明,巷旁充填沿空留巷技术能有效地保证复合顶板的稳定,成功控制顶板下沉,适应老顶回转变形的要求。     

基于减排矸非常规巷道断面的优化设计与应用

根据新汶矿业集团翟镇煤矿的采矿地质特征,为了减少半煤岩巷道矸石产出量,提出了改变常规巷道断面形状以解决上述问题的理念,优化设计了基于减排矸高应力非常规巷道断面形状.结合现有常规巷道断面形状的优缺点,根据高应力非常规巷道断面形状的选择要求,确定了非常规巷道断面形状为一偏中心圆弧顶状,并采用计算机数值模拟的方法对比分析了矩形断面巷道和非常规断面巷道的围岩应力变化情况.结果表明:与矩形截面巷道相比,非常规断面巷道围岩应力分布得到极大改善,最大应力减少约30%.设计合理的半煤岩巷道断面形状可以改善巷道围岩应力分布状况,提高巷道断面的利用率,大大减少矸石产出量.     

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.     

矸石充填综采覆岩关键层变形特征研究

在分析传统综采与充填综采覆岩变形特征的基础上,建立充填综采覆岩关键层力学模型,并运用弹性地基梁理论分析了关键层弯曲变形的特征,得到关键层最大挠度与强度、下部岩层弹性地基系数与岩性参数之间的关系。结合某矿的具体条件,计算得出充填综采工作面覆岩关键层的最大挠度,并通过改变充填材料的性质,研究了充填材料弹性模量与关键层挠度之间的变化关系,提出可通过提高充填材料弹性模量的方法减少关键层的弯曲变形量,证实了矸石充填具有限定关键层的变形、控制地表沉陷的作用。     

露天矿排放矸石三轴压缩宏-细观力学特性研究

露天矿排放的矸石目前被广泛应用于井下固体充填采煤中。针对固体充填采煤中破碎矸石在采空区的受压状态及矸石块体形状不规则、块体间咬合作用突出的特点,采用PFC3D数值软件,通过编写边界面程序,选用Clump模型生成形状不规则的凸面几何块体以模拟矸石块体,对破碎矸石在三轴压缩条件下的宏观力学响应及微观运动特性进行研究。研究结果表明:破碎矸石在侧限压缩条件下所产生的侧压力与其所受轴压成正比;破碎矸石承载能力随围压的增加而增加;围压效应下块体轴向位移呈上凹型层状分布,试样顶部存在明显的轴向位移三角区,试样两侧中部存在明显的侧向位移三角区;且粒径越小颗粒转动越活跃,大颗粒自身具备"运动惰性";随围压增加,试样内部力链间相互贯通程度逐渐增强,接触力链总数及颗粒间最大接触力逐渐增大,且相同轴向应力状态下侧限压缩条件时试样内部接触力链总数及最大接触力均高于围压条件。     

综合机械化固体充填采煤的充填体时间相关特性研究

采用MTS 815.02电液伺服岩石力学试验系统对综合机械化固体充填采煤技术中的矸石与粉煤灰充填体的时间相关特性进行了测试,得到了3,7,13和20MPa压力条件下矸石与粉煤灰充填体时间相关特性曲线,应用流变的基本理论,选取PTh体作为矸石与粉煤灰充填体的流变模型,并建立了流变方程;根据矸石充填体时间相关性试验结果及试验矿井的相关数据,计算得出流变参数K1,K2,η,并得到综合机械化固体充填采煤工作面顶板的下沉量与时间的具体流变方程,根据流变方程得出了综合机械化固体充填采煤工作面顶板的下沉量与时间关系曲线,并得出当经历1 000h(约40d)之后,充填体流变进入稳定阶段,其变形量逐渐趋于定值,最大值约340mm.     

顶底板双软型薄煤层工作面矿压显现规律分析

针对顶底板双软型薄煤层综采过程中围岩控制难度大的问题,建立了顶底板双软型薄煤层围岩变形力学模型,并结合现场实际条件,采用FLAC3D数值模拟分析顶底板双软型薄煤层开采过程中围岩塑性区、围岩垂直应力、煤壁前方支承压力的变化规律,得出薄煤层综采时的围岩破坏机理。赵官煤矿1705E工作面实测矿压结果表明:直接顶初次垮落步距为18.2 m;基本顶初次垮落步距为37.8 m,周期来压步距平均为16.0 m;煤壁支承压力在煤壁前方13 m左右明显增大,影响范围为0~25 m;巷道两帮最大移近量为300 mm;巷道顶、底板最大变形量分别为900、500 mm,围岩变形实测数据与数值模拟结果相吻合。     

近距煤层回采巷道支护技术实践

针对木瓜煤矿近距离下煤层采空区及遗留煤柱下回采工作面巷道支护的难题．基于岩层控制的关键层理论,采用UDEC计算机数值模拟的方法．对上煤层开采后采空区及遗留煤柱应力分布规律进行了分析,优化了近距离煤层回采巷道的支护方案．解决了近距离煤层安全开采的难题。     

新疆煤基固体废弃物处置与资源化利用研究

新疆煤炭资源储量丰富,是我国重要的煤炭生产接续区和战略性储备区,开发利用过程中产生的煤基固废合理处置与资源化问题是制约矿区环境保护的难题之一。总结分析了新疆煤基固废的理化特征和分类形式及其产生的地质背景。分析表明:吐哈、准噶尔、伊犁、库拜4大煤田产生的煤基固废的理化特征存在明显地区差异,以低阶烟煤为主的低变质煤田区域的煤矸石多以砂岩、黏土岩、钙质岩为主;通过对典型煤基固废的综合评价,提出了新疆煤基固废梯级资源化利用的产业链布局模式;提出了以煤基固废的就地充填为基础,协同发展保水开采、净水开采、储能开采等煤基固废利用的新方法,探讨了煤基固废-电-化、煤基固废-电-建等高附加值开发利用产业布局模式,详细阐述了煤基固废在发电利用、建材利用、化工产品制备、充填处置及工程填料等方面综合资源化利用方法的原理和技术路线,提出了以合理处置矸石和水资源保护为目标的煤炭资源高效集约化开采技术。研究成果对新疆地区优化煤炭产业布局、煤基固废梯级资源化利用及矿区生态环境保护具有重要的指导意义。     

矸石充填综采工作面矿压显现规律

在分析充填综采顶板运动特征的基础上,建立了充填综采基本顶关键块力学模型,并通过分析矸石充填体与破碎直接顶压实变形规律,推导出了充填综采工作面支护强度力学关系式。对比传统综采,引入了充填综采工作面支护强度修正系数η,理论分析得出工作面采高变化在1.6～3.5m时,修正系数η的变化范围为0.49～0.84,得出充填综采工作面所需支护强度明显小于传统综采的结论。现场工程应用进一步证实了充填综采工作面没有明显的矿压显现。