建筑垃圾再生骨料膏体充填采空区技术分析

针对目前存在的建筑垃圾处理和煤矿采空区充填等难题,本文从理论上详细分析了以建筑垃圾再生骨料膏体充填采空区的可行性,并提出了一种基于建筑垃圾再生骨料的膏体充填系统,总结了建筑垃圾再生骨料膏体充填采空区技术在实际应用过程中需要解决的两个问题,对相似条件下建筑垃圾处理和采空区充填有一定的参考价值。     

矿用煤矸石充填骨料最佳级配实验研究

采用煤矸石作为水泥基巷旁充填体骨料的巷旁充填沿空留巷技术,可以一举两得的解决留煤柱所造成的浪费和废弃矸石堆积问题,而且相对于传统的密集支柱和矸石带巷旁支护,更有利于减少工人劳动强度,易于实现机械化充填和开采。充填体的配比直接关系到充填体的一些列性质,改善骨料级配可以降低骨料孔隙率,提高其密实度,减少用于胶结骨料表面或充填孔隙的胶凝材料的用量,因此,骨料最佳级配是形成充填体结构的基础。     

建筑垃圾充填膏体基本性能的试验研究

为了解决建筑垃圾大量堆积破坏生态环境和矿山充填原材料不足的问题,利用建筑垃圾再生骨料制备矿山充填膏体,分析了建筑垃圾再生骨料的表观密度、堆积密度、吸水率和压碎指标,研究了建筑垃圾再生骨料对矿山充填膏体性能的影响。试验表明:建筑垃圾再生骨料的表观密度和堆积密度小于煤矸石骨料,而吸水率、压碎指标值大于煤矸石骨料;当充填膏体中煤矸石粗骨料或细骨料完全被建筑垃圾再生粗骨料或细骨料替换后,其坍落度、扩展度变小,流动性能变差,粘聚性增强,泌水率降低,28d立方体抗压强度增大。     

城市建筑垃圾膏体充填性能研究

基于目前膏体充填材料来源单一和城市建筑垃圾日益增多的现象,提出将两者复合为一项系统工程的构想。在煤矸石破碎系统基础之上,优化设计了建筑垃圾专用煤矿破碎系统,进而通过研究3种来源不同的建筑垃圾再生骨料性质,并与煤矸石骨料作对比,最后配制成膏体进行测试。结果表明:建筑垃圾再生骨料各项基本物理性质的离散性很大,不同来源的建筑垃圾膏体基本符合煤矿膏体充填的性能要求,其塌落度为18~23cm,8h和28d最大抗压强度分别达到0.17MPa和3.82MPa,但是,混凝土类的框架结构建筑垃圾膏体各项性能优于砖混类的建筑垃圾膏体。     

韦家沟矿沿空留巷膏体巷旁支护方案研究

韦家沟煤矿为薄煤层开采,为提高煤炭采出率,缩短工作面搬家时间,实现Y型通风,韦矿采用沿空留巷的布置方式进行作业。已有的巷旁支护方式不能满足巷道的支护要求,现选取膏体充填材料进行巷旁支护,运用理论计算和现场试验相结合的手段,计算并验证设计充填体的支护阻力及尺寸参数是否满足支护要求。验证后表明,膏体材料充填体稳定性较好,形变量不大,能够满足留巷巷旁支护要求。     

浅埋煤层似膏体机械化充填沿空留巷技术

以山西某矿12305浅埋工作面地质条件为背景,基于巷旁充填体工作阻力理论,设计了充填巷道支护参数、充填系统及工艺流程,提出了经济技术合理的沿空留巷似膏体机械化巷旁充填技术,为节约成本选用地方来源广泛的水泥、粉煤灰、砂石骨料、复合外加剂等作为充填材料。12305浅埋工作面试验结果表明采用该技术后,巷道顶底板及两帮变形速度极小,在工作面后方约200 m范围,变形速度为1~2 mm/d,证明了该充填沿空留巷技术获得了较好的效果,有效缓解了矿井采场接替困难的压力,保证了安全生产。     

沿空留巷关键块的稳定性力学分析及工程应用

由于巷旁充填初期充填体承载能力较低,保持沿空留巷期间工作面端头关键块的稳定至关重要。通过建立沿空留巷关键块结构力学模型,基于关键块滑落失稳及挤压变形失稳的判别条件,推导出巷旁支护阻力的计算公式。以淮南谢一矿512(5)工作面机巷作为工程背景,研究了煤帮支护阻力、巷内支护阻力、巷旁支护阻力及充填体宽度对关键块的稳定性影响。研究结果表明,巷内支护采用具有较高主动支撑力的支护,煤帮采用高预应力、高强度锚杆加固,以及巷旁支护选用早期强度高、增阻速度快的充填材料,有利于提高关键块的稳定性。在获得以上研究结果的基础上,对512(5)工作面机巷沿空留巷支护参数进行设计。工程实践表明,采用锚带网索巷内基本支护、巷内分区分级加强支护及膏体材料泵送充填工艺系统是合理可行的,在巷内支护阻力不低于0.15 MPa,巷旁支护阻力不低于3.5 MPa的条件下,充填体宽度取2.5 m能够保证沿空留巷期间关键块的稳定。     

以建筑垃圾为骨料充填膏体的可行性探究

针对建筑垃圾大量堆积破坏生态环境和煤矿充填材料不足的问题,分析了建筑垃圾的来源、类别和组成,研究了不同类别建筑垃圾再生骨料的表观密度、堆积密度、吸水率及压碎指标,指出了以建筑垃圾再生骨料制备煤矿充填膏体是可行的,并提出了亟待解决的问题。     

煤矸石膏体巷旁充填材料的研究

煤矸石膏体充填材料由煤矸石、粉煤灰、PL膏体胶结料和水组成.在目前PL膏体胶结料基础上,通过正交设计试验,改变煤矸石、膏体胶结料的用量,调整水灰比,测定充填材料的坍落度和抗压强度(1 d、3 d和7 d),在满足沿空留巷所需的力学性能条件下,得出了一种较为合理的配比方案,以及确定合理配比的方法,为煤矸石膏体巷旁充填材料的选择与应用提供了科学的依据.     

沿空留巷巷旁控制技术及其适用条件分析

为了研究目前我国沿空留巷巷旁控制技术及其适用条件,笔者对150个沿空留巷巷道典型案例进行了分析,结果表明:目前主要应用的巷旁控制技术有高水材料充填、混凝土材料充填、膏体材料充填、块体类充填、矸石类充填、冒落矸石自然充填、切顶成旁支护技术等,其中高水材料充填、混凝土材料充填使用率最高;各巷旁控制技术的应用范围在煤层埋深、倾角、煤厚等3个地质条件上差别较大,在直接顶岩性和直接顶厚度上的差别较小。另外发现,高水材料充填、混凝土材料充填、膏体材料充填适用于深部及厚煤层条件,冒落矸石自然充填适用于大倾角、急倾斜条件。     

沿空留巷巷旁充填体特性及施工工艺研究

针对西铭矿42206工作面皮带巷沿空留巷巷旁充填体特性及配套施工设备进行研究,通过力学分析巷旁充填体的作用机理,计算得到皮带巷充填体的切顶阻力为1342kN/m,确定了充填体长度为3.2m,高度为2.0m,宽度为1.6m,并确定了具体充填施工工艺及配套设备布置。     

基于条带置换开采方法的煤柱留设与充填技术研究

为了提高资源采出率,缓解煤柱常见的高应力集中现象,降低冲击地压灾害发生概率,并实现矸石不上井直接处理和地面矸石的零排放,以阳城煤矿-650 m水平大巷保护煤柱条带置换开采方法煤柱留设与充填为背景,运用理论分析方法分别对回风巷右侧保护煤柱、1307巷道保护煤柱、充填巷两帮煤柱宽度进行计算;采用FLAC^3D数值软件对不同类型煤柱宽度的多种设计方案进行应力及变形情况模拟,并以4号充填巷为例,对充填后的应力分布、塑性区范围、位移等进行数值模拟与分析。结果表明:回风巷保护煤柱和1307巷道的保护煤柱均为15 m;按照矸石充填巷4.5 m计算,储矸空间两侧煤柱的宽度至少14.8~15.8 m时才能保证有一个稳定的柱核区的存在;与4号巷开挖未充填时相比,充填后的水平应力与垂直应力影响范围减少5 m,峰值应力影响范围减少3~4 m。     

U型钢可缩性支架壁后充填矿压观测研究

通过对“Ｕ”型钢可缩性支架壁后充填矿压观测研究表明：壁后充填使巷道围岩与支架紧密接触,改善了支架受力状况,提高了支架承载能力,巷道维护效果得到改善,巷道断面收缩率仅为２．０５％,是一种比较理想的支护形式,能适应频繁受采动影响的巷道支护。     

煤矿高浓度胶结充填开采沿空留巷技术研究

以新阳煤矿10203充填工作面为研究背景,通过理论分析和数值模拟,对垮落法和充填法开采下的采空区沿空留巷巷道矿山压力进行了对比分析,进一步探究了采空区全部充填后沿空留巷巷道的变形规律。结合高浓度胶结充填体的力学特性,设计了沿空留巷巷内基本支护、加强支护的方式,并将其运用于生产实践。井下应用表明：充填开采后的沿空留巷巷道围岩变形量较小,其变形率仅为8%左右;巷道顶板较为完整,没有发生大的冒落,且巷道煤壁无片帮现象发生;巷道内采用的锚杆、锚索、金属网、单体支柱联合支护安全可靠,支护合理。煤矿高浓度胶结充填开采沿空留巷技术工艺简单,可操作性强,采空区充填完毕后自然形成沿空巷道,而且杜绝了沿空留巷巷道常见的火灾、瓦斯等灾害,具有广阔的应用前景。     

突出矿井深部巷道沿空留巷技术研究与应用

通过对高水充填材料的力学特性及沿空留巷矿压显现规律的研究与分析,并针对车集煤矿煤与瓦斯突出矿井大埋深特殊条件,选择高水材料巷旁充填工艺进行沿空留巷。从沿空留巷围岩稳定性控制入手,构建"充填体+锚杆、锚索"复合支护系统。在实践应用过程中,通过对巷道、充填体等矿压显现情况进行观测、分析,优化了沿空留巷支护参数与工艺,确保了突出矿井大埋深条件下沿空留巷成功,提高了采区煤炭资源采出率,保证了矿井采掘抽接替,为类似条件下沿空留巷提供了理论与实践参考。     

煤矿井下矸石充填巷道置换采煤技术

针对建筑物下煤炭资源回收和矸石井下处理等问题,提出矸石充填采煤的研究思路及井下充填方案并构建了充填系统,将现有的胶带运输机改进成机尾驱动式的运输矸石胶带机,并利用矸石充填机充填巷道。通过利用废弃的岩巷布置充填系统减少了充填系统的岩石工程量降低了工程费用。     

煤矿放水巷高水充填方法研究

针对某矿3505工作面内废弃放水巷存在的安全隐患,通过对高水充填材料特性的分析可知,高水充填材料固结体早强特征明显,材料体积应变整体变化较小,受压性良好,适合用于空巷充填作业。结果表明,高水充填方法在现场实施后,工作面过空巷前后稳定性良好,未发生明显的片帮现象,可实现3505工作面安全高效开采。     

短壁工作面胶结密实充填关键技术与应用

为进一步研究翟镇煤矿短壁胶结密实充填技术，以F7401E短壁胶结密实充填工作面为工程背景，对地面治浆中心进行升级改造，实现了地面制浆智能控制|对井下矸石破碎装置进行改进，矸石粒径控制在2cm|通过理论分析、现场实践对巷宽设计、巷采工艺等进行优化，结果表明，当支巷宽度为4.5m，煤柱巷宽度为5m，可有效规避应力集中|改进 “自移式高效喷射机”和“全自动液压挡浆墙”等装备，充填效率提高30%。     

基于采空区模拟的错层位外错式巷道位置选择研究

为了研究错层位外错式巷道布置法中下区段沿底巷道位置选择问题,首先通过理论计算对302工作面的顶煤应力分区进行划分。采用FLAC3D数值模拟软件对采空区进行充填模拟计算,并以此为基础对错层位工作面开挖后垂直应力及塑性区分布情况进行分析,最后综合考虑理论计算及采空区充填处理的数值模拟计算结果,确定下区段沿底巷道水平错距为3m。结合错层位外错式所具有的空间位置关系提出区段间相邻巷道联合支护方案,并采用FLAC3D数值模拟软件对实验结果进行验证,最终结果认为该巷道布置及支护方案有利于减少煤柱留设尺寸,提高资源回收率,同时可以对区段间相邻巷道起到良好的控制作用。     

高水材料巷旁充填沿空留巷技术应用研究

煤矿沿空留巷具有提高煤炭回采率、减少掘进巷道工程量和利于采掘接替等优势。常村煤矿为减少巷道成本,缓解采掘压力,采用高水材料巷旁充填技术替代小煤柱护巷,根据现场条件,高水材料水灰比为2∶1,巷旁充填宽度为1 m,并辅以巷道补强支护、超前加固技术保证沿空留巷效果,实施后,工作面实现无煤柱开采,减少巷道掘进量,一条沿空留巷就为矿井节约成本700余万元,为矿井高效生产提供了保障。