似膏体充填开采防止高承压底板水突出研究

以曹庄煤矿81006工作面为试验研究对象,开展了以防止高承压底板水突出为目的的似膏体充填开采系统及工作面底板破坏深度探测研究。研制了以胶固料、矸石粉、粉煤灰为原料的充填材料,构建了地面及井下2部分充填系统,实现了物料的添加、搅拌、输送的自动控制。采用钻孔双端封堵测漏装置,对似膏体充填开采工作面(81006工作面)和顶板垮落法开采工作面(8812工作面)的底板破坏深度进行了现场实测。结果表明,在似膏体充填开采条件下,矿山压力对工作面底板破坏深度显著减小。基于"下四带"理论,分析了似膏体充填开采条件下矿山压力对底板破坏深度减少的机理,证明了似膏体充填开采是防止高承压底板水突出的有效措施。     

膏体充填开采煤层覆岩压力规律的研究

膏体充填开采既是解决"三下"开采问题的重要技术途径,也是我国顶板控制最有效的方法之一。膏体充填开采技术应降低充填工艺对顶板的影响,并使地表下沉在允许的范围内,同时尽可能减少充填材料消耗,从而为充填设计提供理论指导。本文对充填材料进行选择、对比试验以及可行性分析,介绍了充填开采的充填方式,即全采全充法和间隔充填法,模拟两种充填采煤方法的矿山压力显现,研究煤层覆岩移动规律,指出膏体充填开采方法的优越性和发展前景。     

膏体充填工作面顶板及地表沉陷过程数值模拟

为了掌握膏体充填工作面上覆岩层的移动规律及地表沉陷情况,对比与垮落法的不同,基于充填采矿对未来煤矿开采的重要性,文章以某矿村庄下膏体充填开采研究为背景,采用FLAC软件进行数值模拟.模拟分步开挖、分步充填、膏体强度逐步增强的开采、充填过程,与实际作业过程一致.得出了开采过程中工作面顶板与地表的动态下沉和沉陷控制效果曲线图,并与垮落法对比,总结出充填工作面顶板和地表的沉陷规律.研究结果表明:膏体充填工作面最大下沉系数仅为0.11,膏体充填能有效控制上覆岩层移动,显著降低地表沉陷;充填早期顶板下沉量占最终下沉量的大部分,缩短顶板暴露时间及膏体凝固时间、加强膏体凝固前的顶板支护、提高充填作业质量是控制地表下沉的关键.     

膏体充填开采条带煤柱覆岩运移规律研究

以山东济宁淄博矿业集团岱庄煤矿2351充填工作面为研究对象,采取数值模拟、地层力学模型分析、相似实验及现场观测等多种方法,对该工作面在膏体充填开采过程中影响工作面顶板下沉的主要因素、膏体充填体应力应变增长特性及充填率与上覆岩层裂隙发育度的相关关系进行了研究,得出了岱庄煤矿2351膏体充填面在开采过程中的顶板覆岩、充填体受力变形规律,为膏体充填法回收条带垮落法遗留煤柱提供了理论依据。     

条带煤柱充填开采围岩充填体相互作用分析

采用相似材料模拟方法,以岱庄煤矿膏体充填开采为背景,研究了条带煤柱膏体充填开采煤柱、充填体和围岩之间存在相互作用的空间关系,并与垮落法开采作对比分析,研究结果表明:充填开采上覆岩石离层不明显,岩梁曲率变形小;充填体对煤柱提供侧向约束力,降低了煤柱所受的最大垂直应力;充填体参与支撑顶板时,形成"煤柱-充填体-煤壁"共同支护顶板的结构,该结构可以有效地控制开采沉陷。模拟研究结果与现场实测基本相吻合。     

膏体充填综采底板破坏规律与实测研究

针对承压水上煤炭资源安全开采的难题,以河南焦煤集团朱村煤矿承压水上膏体充填开采为工程背景,采用理论计算、数值模拟分析和现场实测的方法,研究了膏体充填开采底板破坏规律及演化特征,并对膏体充填开采底板破坏范围和突水性进行了预测研究,揭示了膏体充填开采控制底板破坏的力学机理。研究表明:煤矿底板破坏深度随采高的增加而逐渐增大,但当增加到一定高度(1.8 m)后,底板破坏深度趋于某一相对稳定值;膏体充填综采可使得底板破坏深度由垮落法开采的12.0 m左右,减小到2.0 m左右,突水系数由0.19~0.56减小到0.08~0.20;实测表明:膏体充填综采完整区域底板最大破坏深度约4 m,断层影响处底板最大破坏深度范围为10.0~12.0 m,膏体充填综采过程中未出现突水灾害。膏体充填综采相当于降低了煤层采高,相对增加了底板隔水层厚度,有效提高矿井开采的安全保障度。     

村庄压煤开采技术方案探讨

通过对巨开元煤业村庄压煤具体情况的分析,提出条带开采和(似)膏体胶结充填法开采两种方案,确保实现地表建筑物的允许下沉变形。条带开采关键是确定开采和留设煤柱参数;膏体胶结充填关键是通过预制膏体砂浆充填,控制采空区顶板下沉离层。两种方案要根据综合经济效益对比选择。     

“三下”采煤膏体充填开采技术研究

膏体充填是控制采矿岩层运动、防治地表沉陷的主要充填开采技术之一。针对我国东部煤矿开采过程遇到的建筑物、水体、铁路下以及承压水体上压煤资源开采问题,以淄博矿业集团济北矿区主力矿井的开采条件为背景,分析了膏体充填的基本原理、工艺方法及试验应用情况,重点介绍了岱庄煤矿在建筑物下条带煤柱置换开采,高层建筑下压煤充填开采,承压水体上充填开采等领域的典型应用案例。通过应用膏体充填开采技术,地面受护建筑物移动变形数值均小于建筑物Ⅰ级损坏标准,受底板灰岩水威胁的工作面充填开采后底板破坏深度仅6.0～6.5 m,防范底板水害的作用显著。结合济北矿区未来的发展方向,认为膏体充填应该进一步在承压水体上开采的相关理论和工艺技术,重复采动影响下建筑物保护的理论和对应措施,复杂条件下充填工艺、设备、流程优化以及与井下煤矸智能分选系统相结合等方面着重进行研究攻关。研究结果对济北矿区膏体充填开采进一步应用有重要借鉴意义。     

固体废物膏体充填岩层控制的数值模拟研究

为确定充填体强度和承压水上充填开采的安全性,预测充填开采控制岩层活动的效果,结合现场地质条件,基于充填体的充填作用机理,采用数值模拟软件FLAC,研究了在上层煤未采和已采两种情况下,利用不同的充填体强度开采下层煤后的地表沉陷和顶底板弹塑性区分布,分析了充填开采时工作面矿压及顶板稳定性．研究结果表明：膏体充填开采可有效控制岩层移动,减少地表沉陷效果显著;充填体强度越高减沉效果越好,但大于1MPa后,地表沉陷变化趋缓．综合安全、经济等因素考虑,充填体强度1MPa即可保证安全开采．     

膏体充填液压支架工作阻力确定

利用煤矿膏体充填开采工作面覆岩运动规律,指出膏体充填液压支架应能支护顶板和平衡膏体充填料浆侧向压力,提出了膏体充填液压支架工作阻力的计算方法,膏体充填工作面液压支架工作阻力观测与计算值基本相符,为膏体充填液压支架设计提供了相应的参考。     

浅部开采尾砂膏体巷采设计与地表沉陷控制

针对我国充填开采材料来源不足的问题,通过理论分析、室内实验及现场实测等方法,系统研究了尾砂膏体充填材料特性、充填工艺,进行了尾砂膏体巷采设计及地表沉陷效果分析。研究确定了尾砂膏体优化配比为水砂比1∶5,质量浓度为70%;提出了尾砂膏体巷采方案,建立了巷采充填地表沉陷模型,解决了采煤、充填、工作面通风和安全出口问题;相似材料模拟试验表明,在巷采连采连充过程中覆岩没有冒落过程,直接顶是以微裂隙和层间离层往上发育,基本顶以弯曲下沉为主;充填体密实性、变形监测及地表移动观测表明,尾砂膏体巷采对地表沉陷控制较好。研究成果在淄博市张店区沣水镇张赵煤矿102采区进行了成功应用。     

三软煤层沿空留巷矿压显现规律研究

为探究沿空留巷矿压显现规律及支护对策,以河南西部典型三软煤层为研究对象,构建了数值分析模型,模拟了工作面前方和后方一定范围内巷道围岩变形和应力变化规律,得到了工作面后方围岩受采动影响大、范围广,顶板下沉现象明显。基于现场实测,得到了顶板下沉量、底板鼓起量、充填体的变形、实煤体变形等随采动影响的变化规律,监测了锚杆的轴向受载情况。研究发现,巷旁膏体充填与巷道内高强锚杆+W型钢带构成的支护体系,较好地解决了三软煤层回采巷道围岩控制问题,为类似开采条件下沿空留巷的实施提供了理论和实践依据。     

膏体充填技术研究

淄博矿业集团许厂煤矿建筑物下压煤问题十分严重,为提高建下煤炭资源采出率,采用膏体充填的方法进行开采。对膏体材料所需矸石进行粒度分析,并通过流动性试验和泌水率试验确定各项材料的配比。该文简单介绍了充填系统。     

大明矿综采膏体充填工作面采、封堵、充填实践

目前三下开采技术已被越来越多的煤炭企业列为煤矿开采工业广场等主要的回采方法,文章阐述了综采膏体充填工作面回采、充填准备及充填工艺对于膏体充填的要求及影响。     

膏体充填开采技术与沉陷预测研究

为解决峰峰集团新三矿建筑物下压煤量大的现状,利用膏体充填技术进行开采.本文以矿区两个工作面为例,运用概率积分法原理,分别对全部跨落法和膏体充填开采地表移动变形情况进行预计,通过预计结果比较得出:建筑物下膏体充填技术在提高煤炭采出率的同时,能够减小地表移动变形,减少地表破坏范围.膏体充填开采是煤炭绿色开采技术的重要组成部分,开展该技术的应用研究,是缓解我国煤炭资源紧张形势、实现矿山可持续发展的有效途径.     

“煤体-支柱(架)-胶结体”联合作用下顶板超静定梁模型

针对胶结充填开采中工作面煤壁、控顶区与胶结体形成区间上方的顶板受力问题,考虑胶结体强度前期快速增长、中期缓慢增长和后期稳定的形成特性,以及胶结体对顶板的支撑作用随距离工作面的长度增长而增大的特性,建立“煤体-支柱（架）-胶结体”联合作用下顶板超静定梁模型。基于结构力学解析方法,得到该模型及其2种特殊情况下的岩梁两端支座反力、两端弯矩和整个岩梁剪力、弯矩分布的表达式;确定最大剪力位于煤壁处;加快充填体强度形成的速度,能减小岩梁两端及支座所受应力。模型算例表明：① 支柱和胶结体的介入,较大地改变了顶板应力分布,岩梁剪力和弯矩分布均具有非对称性;② 煤壁处支座剪力和弯矩均大幅高于采空区侧支座的剪力和弯矩;③ 与垮落法开采相似,充填开采岩梁最大剪力和最大弯矩所在位置仍然在煤壁处,但量值均大幅减小,岩梁应力波动幅度小;④ 胶结充填开采有利于减少煤壁片帮,有利于工作面超前支护和顶板管理。     

天裕煤矿厚煤层充填综采工艺研究

为有效开采“三下”呆滞厚煤层,保障安全高效生产,结合天裕煤矿的工程地质构造、煤层赋存条件等,提出采用厚煤层充填综采法。通过充采工作面的合理布置,采用伪斜仰采的方式开采,工作面采用“采二充一”的方式连续作业,利用膏体充填材料进行架后充填,充填体平均强度达7.1MPa,地表下沉量仅为5mm,经济效益显著。     

建筑物下开采采空区膏体充填技术及应用

阐述了煤矿充填开采及采空区充填技术,就采区建筑物下开采的采空区膏体充填,分析了煤矿的地质状况和相关参数,设计了充填施工工艺。