充填对覆岩变形移动特征影响的对比试验研究

充填开采条件下上覆岩层变形移动特征不同于全部垮落法,为了获得其上覆岩层变形移动特征的差异,以邢台矿7608充填开采工作面为试验背景,采用相似材料模拟工作面回采和充填过程,采用三维静态变形测量系统对上覆岩层进行了变形观测。通过对比充填率为90%和0时2种不同情况,获得了充填法和全部垮落法管理顶板条件下上覆岩层变形移动特征和充填对覆岩移动的影响规律。     

煤矿高浓度胶结充填开采覆岩变形规律

为了研究煤矿高浓度胶结充填开采覆岩变形规律,以新阳矿十采区10203充填开采工作面为背景,应用理论分析、数值模拟和相似模拟的方法对充填开采工作面上覆岩层的变形特征进行了研究。结果表明:充填开采主关键层不发生破断,只有微小的变形;覆岩变形以垂直方向的整体弯曲下沉运动为主,上覆岩层不发生断裂和垮落,无明显的垮落带;与垂直方向相比,水平方向的移动变形量很小,基本可以忽略。根据上述结论,将充填开采地表移动变形的研究重点放在垂直方向的岩层移动和地表沉陷方面是合理的。     

固体密实充填采煤覆岩移动弹性地基薄板模型

固体充填采煤覆岩移动规律与传统垮落法开采相比发生了本质的变化,为准确地计算固体充填入采空区后上覆岩层的移动规律,在分析固体密实充填采煤覆岩移动特征的基础上,采用弹性地基薄板理论,建立了固体密实充填采煤充填体-基本顶力学模型,推导出了采场基本顶挠度、应力方程以及基本顶发生破断的临界条件,分析得出弹性地基系数是影响顶板移动变形的关键因素,并结合相关参数给出了基本顶最大下沉量和最大应力值随弹性地基系数的变化规律。平煤十二矿己15-13080充填采煤工作面工程实践结果表明:实测基本顶最大下沉值为347 mm,与理论计算结果相符。     

混合综采工作面覆岩运移规律及空间结构特征分析

基于平煤十二矿深部开采面临的排矸量大、辅助运输困难、矿区环境污染以及常规充填面产能不足工程背景,创新了矸石充填与垮落法混合综采技术并阐述了其技术内涵。采用理论分析、物理相似模拟和现场实测方法系统地研究了混合综采工作面覆岩运移规律和空间结构特征。通过理论分析得到了不同充实率状态下混合综采工作面覆岩空间结构特征;物理相似模拟结果表明,混合综采工作面充填段基本顶仅发生弯曲下沉,而垮落段直接顶垮落、基本顶断裂,垮落段基本顶平均下沉量是充填段的4.2倍,覆岩空间结构表现出明显的非对称特征。矿压实测数据显示,充填段采场无明显的来压现象,垮落段来压现象显著,初次来压步距约30 m,周期来压步距约22 m,动载系数达1.7左右;岩层钻孔窥视结果观察到充填段顶板完整,覆岩空间结构呈现“两带”发育特征;垮落段覆岩结构呈“三带”发育特征,混合综采工作面覆岩非对称性空间结构特征显著。     

长壁胶结充填覆岩移动变化规律初探

针对长壁工作面胶结充填开采后覆岩移动及矿压显现规律的理论研究亟待提高的现状,首先在实验室内对胶结充填体的力学性能进行了测试,测定了本次实验中充填体弹性地基系数的取值范围为0.015~0.167 GN/m³;在综合分析岩层移动变形和充填体受力特征的基础上,应用弹性地基梁理论,建立了充填开采顶板岩梁移动变形的数学力学模型,求得了该模型的解析解;并通过数值求解的方法,详细分析了充填区覆岩移动变形的各影响因素和充填区支承压力分布变化规律。结果表明：在长壁胶结充填采矿中,应根据不同的采矿地质条件,制备具有一定强度和刚度的胶结充填体;合理的充填体地基系数对于覆岩下沉及其变形的控制起了决定性作用;该研究可对长壁胶结充填实践的工程应用提供理论指导。     

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。     

固体废弃物胶结充填开采上覆岩层移动影响分析

通过建立计算机数值模型模拟固体废弃物胶结充填开采上覆岩层移动规律,观测不同工作面推进距离上覆岩层移动特征,对比长壁开采与充填开采关键层移动,分析充填开采关键层运动与上覆岩层移动特征。由于采空区被矸石和粉煤灰等材料所充填,充填工作面矿压显现和上覆岩层移动规律与一般垮落法管理顶板明显不同。研究表明：胶结充填开采工作面周期来压步距大,来压强度不明显;关键岩层弯曲下沉,不会出现岩层破断现象。上覆岩层移动范围明显减小,对地表变形能有效控制。     

近距离煤层充填上行开采临界充实率设计

对比分析传统垮落上行开采和充填上行开采覆岩移动机理,发现传统垮落上行开采一定层间距的煤层群将导致上位煤岩层结构破坏而无法正常回采,但一定充实率保障条件的充填上行开采可降低上位煤层的破坏程度。采用叠合梁极限破断理论与塑性区发育高度分析合理的充实率,提出充填上行开采可行性条件,得到充填上行开采的临界充实率。结果表明:对于木瓜矿地质条件,上位煤层(9~#煤)不发生破断时,下位煤层(10~#煤)充填开采的临界充实率为82.1%;下位煤层(10~#煤)开采时塑性区发育高度达到上位煤层(9~#煤)时,下位煤层(10~#煤)充填开采的临界充实率为70.4%,即木瓜矿实施充填上行开采9#煤层的临界充实率为82.1%。     

条带间垮落区注浆充填覆岩移动规律研究

结合工程背景,采用相似材料模拟试验,对比研究了条带开采垮落区注浆充填与条带开采覆岩移动特征.结果表明:在已开采条带垮落区实施注浆充填能有效地减小覆岩垮落角和垮落高度,既可阻止主关键层破断,又可限制煤岩柱侧向垮落和变形,使相邻工作面垮落空间无法贯通,形成非充分开采;与条带开采相比,当充填量为30%时,条带开采垮落区注浆充填既可减小地面变形、又可提高煤炭采出率20%, "关键层-煤柱-注浆充填体"的共同作用可有效地控制开采沉陷.     

不同采空区处理方式上覆岩层活动规律研究

运用弹性薄板理论及能量法原则,建立了全部垮落法和全部充填开采顶板断裂前的位移方程。同时,根据相似原理,分别对上述两种方法处理采空区的工作面上覆岩层移动及破坏规律进行模拟研究。结果表明：充填开采与垮落法开采顶板未断裂之前其位移理论模型与试验结果吻合较好,能反映顶板断裂前的移动规律;垮落法开采地面下沉与关键层移动在下沉量及下沉时间上具有同步性;垮落法导致高层位覆岩产生不均匀的水平位移,易产生挤压或拉裂变形,对覆岩整体结构稳定性影响大;充填开采高层位覆岩未产生不均匀的水平位移,同时,充填开采能使覆岩中较低层位的亚关键层转化成主关键层,减小了覆岩应力重分布的范围,能有效地控制地面下沉。     

近浅埋厚煤层综放开采覆岩运移规律相似模拟研究

为了研究我国西部某矿区2-2煤层近浅埋厚煤层综放开采时覆岩运移规律,以某综放工作面为实际工程背景,根据相似理论,运用相似材料模拟实验,从不同角度对工作面开采后覆岩运移规律进行了分析。通过研究,得出了近浅埋煤层开采时基本顶的初次垮落及周期垮落步距、覆岩垮落形态、覆岩垮落"三带"特征和岩层位移特征,为具有相同地质条件煤层的安全开采提供依据,同时对其他具有相似地质条件煤层开采覆岩运移规律研究提供参考。     

固体密实充填开采覆岩损伤范围分析

为了能够科学地预计固体密实充填开采的覆岩损伤范围,在建立合理的损伤范围预计公式的过程中需要考虑的主要因素包括覆岩结构形态演化规律和岩层移动特征。相似材料模拟试验和现场钻孔窥视揭示:固体密实充填开采的覆岩以完整层状结构的弯曲带为主要形态,仅在近顶板附近覆岩会发育有一定高度的断裂带,垮落现象不会出现。在较系统地分析充填开采岩层移动的等价采高理论基础上,利用简化的平面力学模型及弹性力学知识,推导了固体密实充填开采覆岩损伤高度的计算公式。通过实例分析,将建立的覆岩损伤高度计算公式应用于某工程实例,取得了良好的效果,可对地下矿体安全回采、地表建筑物安全运营提供参考。     

充填协同垮落式综采技术及覆岩移动规律研究

概述了协同综采技术原理,总结了协同综采的技术特征。从协同综采生产系统、协同综采关键设备和系统综采工艺等方面,阐述了协同综采的关键技术,对比传统的垮落法开采、充填开采的工作面覆岩移动规律,指出协同综采面覆岩存在一个“过渡区域”。     

不同采煤方法下开采沉陷控制的数值模拟研究

为了对比充填开采及条带开采对地表及覆岩破坏控制的效果,本文基于实验室制备的充填材料和理论计算得到的条带开采方案,运用数值模拟软件FLAC3D对垮落开采、条带开采、充填开采过程中地表移动变形及覆岩应力场变化情况进行详细分析。结果表明：充填开采中覆岩释放了少许弹性应变能,其应力略小于原岩应力,覆岩应力场呈线性规律变化。条带开采中覆岩应力场出现应力增高区,煤柱两端应力集中现象严重,围岩稳定性弱于充填开采。两种开采方法下地表沉陷均远小于垮落开采,条带开采中地表各变形值均小于建筑物I级破坏允许值,充填法中地表曲率仅比该允许值大0.02m-1·10-3,仍能保证地面建筑物的安全性。故采用充填开采对地表及覆岩变形的控制效果更佳。     

厚煤层综放工作面覆岩运移规律研究

针对厚煤层综放工作面覆岩突然性断裂垮落导致动力灾害的问题,根据煤岩层赋存条件和开采布局,考虑工作面顶板裂隙分布规律和开采扰动影响,采用现场勘察、岩石力学实验、数值计算等分析方法,综合分析厚煤层综放工作面覆岩运移活动规律。结果表明:受重力作用,覆岩垮落自采空区中心向四周均匀发展,岩层在拉伸应力作用下拉伸应力区呈U形破坏分布;随着掘进深度与层位的延伸,工作面顶板破坏区相互铰接形成稳定结构,阻碍了顶板运动;工作面来压步距较大,覆岩垮落冲击矿压载荷量级较大,工作面中上部区域覆岩运移量大于下部区域。     

深井矸石充填综采工作面覆岩活动规律研究

以山东新巨龙煤矿1302N-1矸石充填综采工作面为工程背景,结合现场监测和数值模拟分析等手段对深井矸石充填综采工作面覆岩活动规律进行深入研究。结果表明:相比全部垮落法,深井矸石充填综采工作面采空区矸石能够有效支撑顶板,矸石支撑强度可达2.1MPa。工作面覆岩压力较小,最大为27.61MPa。矸石充填后,前方煤体和上覆岩层所受的采动影响减小,最大支承压力为3.42MPa,地表下沉系数为0.06。1302N-1综采工作面矸石充填高度为2.8m,上覆岩层断裂与来压特征不明显,仅监测到6次微震事件,能量都小于1 000 J,且多来自高位岩层。数值模拟表明:充填高度越高,覆岩塑性区范围越小,裂隙发育程度越低,覆岩下沉变形量越小。     

厚煤层分层采动直覆砂岩运移规律研究

为分析厚煤层分层开采后直覆砂岩顶板岩层移动规律，以顾北矿A组煤南-1采区13121^上工作面为工程背景，采用物理相似试验和理论分析相结合的方式对顾北矿厚煤层分层开采覆岩运动进行了研究。通过构建分层开采覆岩的结构力学模型，得出覆岩荷载计算公式。研究结果表明：直接顶垮落步距为85 m;工作面前方18～20 m处实体煤处于支承压力峰值，下分层应力峰值范围为19.07～23.35 MPa、上分层应力峰值范围为17.98～20.98 MPa; 11.6 m厚细砂岩层及其下部岩层发生破坏，失去对其上覆岩层的承载能力，导致下分层的应力峰值大于上分层；上分层裂隙带高度为32 m,垮落带高度为17 m,下分层裂隙带高度为40 m,垮落带高度为23 m,下分层垮落范围比上分层发育。为顾北矿分层开采提供参考依据。     

膏体充填开采滞留煤柱中覆岩移动规律的模拟研究

为了找出膏体充填开采滞留煤柱中的覆岩移动规律,在膏体充填体支护理论的基础上,结合现场煤矿地质环境,通过充填材料物理模拟来研究垮落开采法和充填开采法的覆岩移动规律,为充填体稳定性提供保证,有利于控制地表沉陷和生产安全.     

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。     

综采工作面下分层开采覆岩变形特征

为研究综采工作面下分层开采时顶板岩层的破坏规律及工作面覆岩垮落规律,鹿洼煤矿以13下05工作面为原型,对综采工作面下分层开采时煤层顶板的垮落高度、垮落步距及压力分布进行了相似材料模拟。结果表明,在下分层开采过程中,上覆岩层基本上随采随冒,当工作面推进至68m时,上覆岩层已受到上部已采工作面跨落岩层的影响,开挖至90 cm(相当于工作面推进90m),跨落高度已与上部已采工作面岩层贯通。