限定顶板条件下矸石充填体横向推实特性试验研究

基于相似模拟原理,自主设计了一套模拟试验台,通过对充填矸石散体横向推压,利用推压安息角和体积变化率这2个变形参数,分析研究了放料步距、横向推力、含水量和黄土掺量对充填矸石散体在限定顶板下推实特性的影响规律。试验结果表明,放料步距的增大不利于矸石散体推压后的固结成型;横向推力增大,有助于矸石散体的固结成型,横向推力1.25 k N是推压安息角增大和体积变化率曲线斜率变缓的拐点;含水量对矸石散体推实特性影响较为显著,在横向推力5.0 kN和7.5kN条件下,当含水量达到3%,矸石散体开始固结成型。黄土掺量对矸石散体的推实特性影响最显著,黄土掺量超过4%后,对矸石散体推实特性影响相对减弱。     

煤矿矸石充填效果受夯实角影响研究

为了研究充填支架夯实机构的夯实角对矸石散体夯实效果的影响,以ZC1800/14/25型充填液压支架为原型,采用离散元数值模拟的方法构建矸石充填工作面空间模型,分析了推压板和矸石散体在夯实过程中的力链演化,研究了夯实角与夯实板推压力、矸石破碎程度、欠接顶量和矸石质心位置之间的关系。结果表明：随着夯实角的减小,夯实作用会影响到较大范围的矸石并压碎部分矸石,夯实板压力较大;随着夯实角的增大,夯实板压力降低,且推动的矸石量较少。最终确定夯实角为10°时,夯实机构对矸石散体的充填效果最好,此结论可为充填工作面现场操作提供理论依据。     

不同级配矸石压实特性数值模拟研究

为研究矸石散体在夯实机构推压过程中的压实特性,建立了矸石颗粒形状模型,通过测量矸石自然安息角的方式获得了矸石的接触参数,并采用离散元法和实验室模拟试验结合的方法,开展了粒径级配对矸石压实特性影响规律的研究.研究结果表明:泰波系数n取0.4时的连续级配为最优矸石粒径级配,压缩率最低;压实力为3 MPa时矸石散体的密实度明...     

高瓦斯矿井综放工作面矸石充填沿空留巷关键技术研究

为提高高瓦斯矿井煤炭资源回采率,以常村煤矿N3-8工作面为研究对象,分析了不同条件下矸石散体的压缩特性;采用理论分析和FLAC3D数值模拟方法研究不同因素对沿空留巷稳定性的影响,揭示了综放充填沿空留巷的巷道围岩变形特征。结果表明:采用矸石充填技术保证了充填带的稳定性,能够防止顶板发生较大离层。     

矸石充填液压支架夯实机构的优化设计

影响充填开采上覆岩层控制效果的关键因素是矸石的充填率和密实率。为提高矸石充填率和密实率，唐口煤业有限公司充填液压支架增加了夯实机构对充填矸石进行夯实处理。通过提高铰接点高度，采用中部无动力随动型二级伸缩夯实机构，ZC7500/20/40(B)改进型充填液压支架在井下进行了将近1 a的工业性生产试验，充填效果达到了预期的设计目标，为类似条件矿井的充填开采提供了技术借鉴。     

矸石固体充填散体材料注浆扩散试验研究

为得到整体性好、抗压强度高的胶结充填体,对紓配矸石散体材料进行注浆扩散研究.基于幂律流体流变方程和渗流运动方程建立了柱形扩散理论公式,并应用COMSOL Multiphysics模拟软件对浆液扩散进行了数值模拟,得到浆液扩散半径与材料孔隙率、水灰比和注浆压力成正相关.通过设计正交试验对紓配矸石散体材料进行注浆扩散试验研...     

长壁矸石充填开采上覆岩层移动特征模拟实验

长壁矸石充填工作面采空区由于被充填材料占据,上覆岩层移动特征将不同于垮落法管理顶板,采用相似模拟和数值计算模拟工作面回采和矸石充填过程。通过改变支架初撑力和工作阻力、充填材料的夯实力,模拟不同充填率情况下上覆岩层应力变化和岩层移动特征,结合现场实测结果认识长壁矸石充填开采上覆岩层移动规律。研究发现：支架工作阻力对充填效果影响显著,充填支架高初撑力和工作阻力可以限定顶板的变形,保证足够的时间使更多的充填材料充进采空区,进而减小缓慢下沉带高度,控制地表变形。采空区内充填材料限制直接顶的变形、下沉以及冒落,直接顶以断裂和冒落为主,冒落后整齐地排列在采空区矸石上。基本顶以弯曲下沉形式随直接顶移动,上覆岩层冒落高度显著降低。     

矸石充填体振动推压过程的颗粒流模拟研究

为提高综采充填过程中矸石充填体的密实程度,利用颗粒流PFC2D程序,建立了矸石充填体模型,研究了振动对充填体压实效果的影响。结果表明,在充填支架推压板推压过程中,引入振动机制,能有效减缓推压板的应力增加速度,在相同应力下,使推压板行进更大的距离,大大提高充填体密实性。增大频率或振幅均能增强颗粒体系的流动性和颗粒间孔隙填充,从而迅速将推压板的压力分散到整个体系中,降低推压板应力和孔隙率,提高夯实效果。     

煤矿开采嗣后空间矸石注浆充填方法

矿山固废处置与利用是我国煤矿开采中面临的主要问题之一，严重制约着煤炭资源开发与环境保护协调发展。井下充填是矿山固废绿色高效处置的重要技术途径之一，但现有充填技术增加了工作面生产工序，降低了15%～20%采煤效率，亟需解决矿山固废充填与煤炭开采之间时空干涉难题，突破矿山固废井下充填处置的技术瓶颈。为此，综述了矸石处置利用现状与存在问题，提出了煤矿开采嗣后空间矸石注浆充填方法，系统阐述了嗣后空间矸石注浆充填方法内涵及关键科学与技术问题，给出了嗣后空间矸石注浆充填系统空间布局方式，探讨了非均质矸石料浆流动性稳态控制机理、嗣后空间空隙结构特征及时空演化规律、嗣后空间矸石料浆迁移扩散规律、嗣后空间矸石注浆充填岩层控制机理等理论的研究重点，分析了毫米级矸石注浆充填材料研发、矸石料浆高效制备与输送、注浆钻孔布局及时效控制、矸石注浆充填效果智能监控等技术的研究难点。煤矿开采嗣后空间矸石注浆充填方法创新了矸石井下高效处置新模式，完善了矸石综合处置与利用技术体系，引领了我国煤炭资源绿色安全高效开发新方向，在矿山固废高效处置及生态环境保护等方面具有广阔应用前景，可促进矿山矸石固废的源头减排、就地处置、循环利...     

村庄煤柱下矸石充填开采工艺技术应用

结合东部某矿7606工作面实际条件,对矸石与粉煤灰充填开采投料系统进行了设计,对充填开采液压支架及夯实设备进行了研制,对充填开采输送机进行了改造;通过对充填体压力和地表岩层移动进行现场观测,得出充填体最大压力为5.5 MPa,距离7606充填工作面东侧约37 m处的矿用铁路沿线最大下沉值为16 mm.采用设计矸石与粉煤灰充填开采工艺技术,有效降低了地表移动变形对建筑物的影响,延长了矿井服务年限,对解决同类地质条件下建筑物下开采有着参考价值.     

液压支架矸石充填捣实机构的结构分析

矸石充填是当前煤矿生产中常用的一种充填方式,用于液压支架后部的矸石捣实机构是充填工作的关键设备。矸石捣实机构有单级捣实机构和双级捣实机构,其支撑方式有下部推拉及上部吊挂等多种形式。根据现场使用经验,对结构进行了分析,并对充填开采方法提出一点建议。     

矸石充填开采及地表沉陷变形特征研究

矸石充填开采可以降低采空区顶板垮落的可能性,并对地表沉陷变形起到关键控制作用。为了更简便准确的评估矸石充填后的效果,以新元煤矿为工程背景,首先概述了矸石充填设备的选型,考察了充填后的三个工作面的充实率,之后模拟计算了地面沉陷量,并通过现场实测来验证模拟结果。最后结合相关变形指标初步评估了该煤矿矸石充填开采对地表建筑物的影响。结果表明：新元煤矿三个工作面充填开采后的最大充实率为73%,最小则为36%;数值计算的地表沉陷量曲线与实测数据点相匹配,证明了模拟工作的可信度;模拟出来的三个工作面的可能最大地表水平变形值为0.15mm/m,可能最大地表倾斜变形值为0.35mm/m,可能最大地表曲率值为0.0022mm/m²;上述这些变形参数均小于相关的Ⅰ级变形指标,证明了矸石充填开采后对地面建筑物等的影响是非常小的。通过此数值模拟的方法提前对矸石充填开采引起的地表变形进行合理预测与评估是可行的。     

特厚煤层矸石充填控制岩层变形特性研究

为研究特厚煤层在矸石充填下岩层变形特性,以某矿矸石为充填材料,采用侧限压缩试验研究其在压应力下的变形特征,并采用FLAC^3D建立数值模型,将侧限压缩试验中压实8 MPa的矸石的弹性模量应用至数值模型中,对比分析充填和未充填两种开采模式下的岩层的受力及变形。研究结果表明,矸石充填体变形特征表现为随着载荷的持续增加应变量逐渐增加,且两者呈现对数函数关系,应变量前期变化明显,后期逐渐减小;矸石充填开采后,对比未充填时岩层的位移量明显减小,且应力在岩层中分布更加均匀。试验和模拟结果均表明,矸石的压密致使充填体的变形趋于稳定,从而可以承担上部压力。     

含水露天矿加强水封塞爆破技术研究

在露天矿山爆破中,台阶上部是大块产生的主要部位,一直未能得到很好的解决,当炮孔含水时这一问题尤为显著。鉴于目前很多露天矿山大多炮孔为水孔的情况,为了减少爆破时台阶上部产生的大块率,通过对高冲击下水介质特性的分析以及在和尚桥铁矿的现场试验,提出了大孔径加强水封塞爆破装药结构,即在炸药与填塞物之间留取一定长度的水柱,在水柱与填塞物之间设置加强封塞药包。经过对加强水封爆破技术的理论分析、计算及现场工程试验,结果表明大孔径加强水封塞爆破技术可改善台阶上部岩石爆破后的块度组成,大幅减少大块率,有效提高炸药有效能量利用率,降低爆破后二次破碎成本,提高矿山生产效率。同时,该技术可以有效降低爆破粉尘,创造良好的作业环境,在同类相似矿山推广应用,可以取得较好的经济效益和社会效益。     

薄煤层破碎顶板综采工作面“拖管”式充填试验研究

针对黄河北薄煤层、薄基岩、厚冲积层、顶板破碎、吨煤利润低、地表建筑物密集、全部跨落采煤地表下沉大等问题,在对综采架后自压式矸石充填、（似）膏体充填和（超）高水充填及高位离层注浆充填对比分析的基础上,提出了综采架后垮落带“拖管”充填的概念。结合赵官煤矿1703综采工作面开采技术条件,相似材料模拟试验和原生矸石、淋浆矸石压实度仿真试验,提出了“冒落”矸石压实分区和残余碎胀系数概念和“拖管”式充填时间-空间模型及工艺系统,并在该工作面试验成功。结果表明：薄煤层、破碎顶板、缓仰斜工作面,在不改造支架、不需堵漏的情况下进行垮落带“拖管”式充填是可行的;根据采-充量预计地表下沉系数为0.4,地表最大下沉量为50 cm。     

建筑物下煤矸石充填开采技术及实践

煤炭是支撑我国能源生产的基础资源,煤炭的持续、大规模开采造成了许多问题,如矿区生态破坏、建筑物沉降。因此,建筑物下回填控制地层和地表下沉的技术非常重要。目前,煤层颗粒物质、胶结材料和高含水率材料主要用于回填。总结了煤矿使用的回填材料CGFB的类型以及回填过程,提出了矸石充填开采技术的指导原则。实验结果表明随着工作面倾斜长度的增加,沉陷区和待回填区的面积增加。根据模拟结果,提出了煤矸石运动时间的优化方案,并对矸石回填采矿法进行了优化设计,确定了工作面倾斜长度,并缩短工作面以获得较高的充填率,保障了建筑物的安全性。     

大倾角煤层大采高采场基本顶时序性破坏机理

大倾角煤层大采高工作面基本顶时序性破断,致使工作面时序性来压,不同区域支架承载状态异化,围岩控制难度及生产风险增加。为弄清基本顶时序性破坏机理,综合采用现场实测、理论分析等法,对基本顶时序性破坏特征,工作面不同区域承载结构,基本顶周期性垮落长度等情况进行研究。结果表明:大倾角工作面基本顶时序性破坏特征为先中部、次上部、后下部,破断岩体(矸石)非对称充填采空区,使得工作面不同区域内矸石对覆岩力学效能不同,形成分区式力学承载结构,基本顶处于不同强度的力学环境中,不同强度力的作用导致基本顶垮落步距不同,从而发生时序性破坏。