部分充填采煤技术的研究与实践

对煤矿充填开采而言，如何提高充填采煤效率、降低充填成本是需要持续深入研究的问题。结合煤系层状覆岩移动特点和控制要求研发的部分充填采煤技术，为上述问题的解决提供了一条重要途径。在对我国充填采煤技术发展进行综述的基础上，系统总结了部分充填采煤技术的研究进展，包括：部分充填开采的概念与技术框架，覆岩隔离注浆充填、短壁冒落区嗣后充填、长壁墩柱同步充填等3种部分充填采煤技术的原理、设计方法、适用条件和应用情况。实践证明，部分充填是一种高效低成本充填采煤技术，尤其是覆岩隔离注浆充填，其吨煤充填成本仅为30～60元，单面充填采煤能力可达60～100万t/a，已在淮北矿区得到推广应用。     

控制煤矿开采沉陷的部分充填开采技术研究

通过对华东某矿区采煤塌陷土地破坏与村庄搬迁赔偿费的统计分析,对煤矿充填开采技术的经济适应性和应用前景进行了探讨．针对传统充填开采成本相对偏高的问题,提出了部分充填开采的概念和3项部分充填开采技术,即采空区膏体条带充填技术、覆岩离层分区隔离注浆充填技术、条带开采冒落区注浆充填技术,分别对其技术原理进行了介绍．     

基于结构关键层的固体密实充填采煤岩层移动模型

根据地层的沉积特征和相似材料模拟,将固体密实充填开采岩层移动特征分成有结构关键层和无结构关键层2类模式进行描述。并针对有结构关键层情况,建立了固体密实充填岩层移动模型,模型由3部分有机组成,即结构关键层力学模型,结构关键层上方岩体移动模型和基岩面上方土体移动模型。最后将建立的岩层移动模型用于工程实例取得了良好的效果。     

基于结构关键层的固体密实充填采煤岩层移动模型

根据地层的沉积特征和相似材料模拟,将固体密实充填开采岩层移动特征分成有结构关键层和无结构关键层2类模式进行描述。并针对有结构关键层情况,建立了固体密实充填岩层移动模型,模型由3部分有机组成,即结构关键层力学模型,结构关键层上方岩体移动模型和基岩面上方土体移动模型。最后将建立的岩层移动模型用于工程实例取得了良好的效果。     

中国煤矿充填开采的发展前景与技术途径探讨

通过对华东某矿区1990～2001年采煤塌陷土地破坏与村庄搬迁赔偿费的统计分析,就中国煤矿充填开采技术的发展前景进行了分析和预测.对中国煤矿充填开采技术的发展途径进行了探讨,基于岩层控制的关键层理论,提出了采空区膏体部分充填技术与覆岩离层分区隔离充填技术,并对其技术原理进行了介绍.     

充填采煤技术现状与展望

分析了煤矿充填开采技术的特点,介绍了目前煤矿充填开采技术现状,包括膏体充填采煤技术、矸石充填采煤技术、高水材料充填采煤技术、部分充填采煤技术。在分析充填采煤技术现状的基础上,提出煤矿充填开采技术应着重解决充填采煤能力不足问题,即通过合理充填工艺模式的改进提高充填效率和充填能力。同时应深入研究充填采煤岩层移动与地表沉陷规律,为充填采煤设计提供理论基础。     

条带充填控制开采沉陷的理论研究

针对煤矿充填开采成本相对偏高的问题和煤系层状岩层移动与控制特点,提出了控制煤矿开采沉陷的条带充填开采方法,即在煤层采出后顶板冒落前,采用膏体胶结材料对采空区的一部分空间进行充填,构筑相间的充填条带,形成“充填条带-上覆岩层-主关键层”结构体系控制地表沉陷.研究了条带充填开采技术原理和适用性,建立了条带充填开采设计原则,并应用于某煤矿条带充填开采方案的研究.     

薄煤层墩柱充填采煤试验研究

为了控制王庄煤矿薄煤层开采时的地表沉陷,本文通过物理模拟、试验测试和工程实践手段研究了墩柱充填开采技术的地表沉陷控制效果。结果表明:模拟试验中的地表下沉系数为0.125,王庄煤矿应用墩柱充填开采技术后的地表下沉系数为0.057,均小于砖混建筑物一级损坏允许值。墩柱充填开采技术有效控制了王庄煤矿地表沉陷。     

综合机械化固体充填采煤技术研究进展

在简要综述充填采煤历程和发展现代化充填采煤技术的目标、要求和难点的基础上,系统介绍了综合机械化固体充填采煤技术的研究进展。重点论述了密实充填采煤的岩层移动控制理论,其理论上的突破是新技术发展的前提,主要包括：充填开采岩层移动控制的等价采高理论;充填开采岩层运动的连续介质力学模型;充填开采岩层移动的计算公式;固体充填的采场矿压与支架受力分析。进而系统介绍了综合机械化固体充填采煤的系统、装备及工艺,以及在密集建筑群下、孤岛村庄煤柱区域、临近松散含水层区域和大型河堤下进行大规模充填开采煤炭的工程实例。     

膏体充填采煤技术探讨

对膏体充填采煤技术的材料组成、力学性质、主要技术优势作了介绍,分析了膏体充填采煤目前存在的问题及发展前景,对解决传统开采造成地表环境破坏,实现绿色开采具有很好的指导价值。     

充填开采覆岩稳定性及关键因素分析

为提高充填开采的顶板控制效果,通过构建"充填体-直接顶及中间垫层-关键层"的结构体系力学模型,分析充填开采控制顶板移动的关键因素,提出了相应的顶板沉降控制措施。结论:顶板下沉量可作为覆岩断裂的判定依据;通过控制顶板移动的关键因素可以保持顶板结构的稳定。     

煤炭开采与岩层控制的空间尺度分析

论述了煤炭开采与岩层控制研究中涉及到的不同空间尺度，从全球尺度到煤体中的纳米级微孔隙。包括全球煤炭资源、煤田、矿区与井田、采掘钻空间、岩石力学试验、煤岩组分与结构、支护与加固材料组分及结构的尺度分布。介绍了不同尺度范围内煤炭开采与岩层控制的主要研究内容及研究方法。指出煤炭开采与岩层控制研究的空间尺度集中分布在10-10～107 m之间，跨17个数量级。不同尺度研究的重点内容不同，研究方法也不同。岩层控制中的一些岩层结构只能出现在一定尺度内。巷道与采场顶板中形成的梁、拱、层、壳等结构的尺度一般为10-1～102 m，远离这些尺度，岩层结构无法形成。岩层控制研究中，有些问题，如软岩遇水软化和膨胀，煤层的渗透性等必须从微观尺度开始研究；有些问题，如研究巷道和采场周围应力场与位移场分布，一般只需了解煤岩层的宏观物理力学性质即可；而还有些问题，如岩石的破裂，需从微观到宏观不同尺度进行研究。目前，从宏观、细观到微观的多尺度研究方法已在煤炭开采与岩层控制研究中得到广泛应用，不同尺度之间的相互联系非常重要。     

煤炭开采与岩层控制的时间尺度分析

论述煤炭开采与岩层控制研究中涉及到的不同时间尺度,从全球最早的成煤地质年代到超动态的亚微秒级。包括不同成煤期,世界煤炭开采历史,矿区、矿井的服务年限及开采参数,静态、动态煤岩力学试验,煤岩破碎,围岩变形与破坏及煤矿动力灾害的时间尺度分布。指出煤炭开采与岩层控制研究的时间尺度集中分布在10-7～1016 s,跨23个数量级。在地质年代尺度上,可研究煤的形成、煤盆地演化、煤系地层应力场演化等内容。井工煤矿开采划分成不同矿区、矿井、水平、采区、区段进行,不同阶段的时间尺度不同。煤岩力学试验从蠕变到超动态,时间尺度范围为10-7～109 s。岩石蠕变试验时间有的可达数年,而岩石动态破坏时间有的仅为微秒级。煤岩破碎、采掘空间维护是煤炭开采与岩层控制的两大任务,前者涉及凿岩、爆破、机械截割振动等动态问题,研究时间单位常用秒、毫秒、微秒;后者包括采场与巷道围岩控制。采场是移动场所,围岩变形、破坏、垮落及支架阻力变化较快,常以分、小时为时间单位;巷道服务时间较长,围岩变形与破坏的时效性较强,描述巷道变形与支护体受力变化的时间单位多为天、周及月。冲击地压等煤矿动力灾害持续时间仅为几秒到几十秒,研究冲击地压发生、发展及破坏过程,应从毫秒甚至更小的尺度上进行。不同的煤炭开采与岩层控制问题需要在不同的时间尺度研究。有些问题需要进行多时间尺度研究,才能发现问题的本质。世界煤炭开采已有2 000多年的历史,特别是最近60多年,煤炭开采实现了重大技术革命。但大规模煤炭开采也带来一系列问题,如何继续做好煤炭开采与岩层控制工作,需要新思路、新工艺、新技术。     

潘一矿保护层工作面瓦斯综合治理技术

分析了潘一矿2171(1)保护层工作面的瓦斯来源,综合运用了底抽巷及尾巷抽放、下向穿层钻孔抽放采空区卸压瓦斯、采空区埋管抽放等瓦斯抽放技术,有效地治理了工作面的瓦斯涌出,杜绝了瓦斯超限和积聚现象,保证了综采面的正常生产。     

充填采煤减沉的适用性研究

采用数值模拟方法研究了充填采煤地表沉陷特征,分析了充填开采对不同煤层采高的适用性。结果表明:相同采高条件下,充填开采时地表达到充分采动所需要的开采宽度较不充填开采时增加;随着采动充分程度逐渐增大,充填开采对地表沉陷的控制效果在采高较大时逐渐变差。充填开采在沉陷控制方面有一定的适用条件,为了保证地表处于I级破坏以内,同时受到采高M、采宽W的双重约束,分别对应于临界采高MC、临界采宽WC。当M相似文献   

我国煤矿充填开采技术现状与发展

通过介绍我国煤矿目前常用的三种充填开采技术特点与应用情况,详细阐述了我国煤矿充填开采技术的现状,并从煤炭开采对安全、环保、经济和高效等方面的要求,分析了我国煤矿充填开采技术的发展趋势。     

基于采动岩层控制的煤炭科学开采

煤炭科学开采是煤炭行业追求的目标,采动应力与岩层控制研究可以促进煤炭安全开采、提升自动化与智能化开采效率、保护地下水与地面环境、实现煤炭及共伴生资源协调共采,是实现煤炭科学开采的基础。采动应力可数倍于原岩应力,偏应力和采动卸压是促使围岩破坏的主要因素,在一些长工作面顶板会发生分区破断现象,要充分重视采场围岩控制的系统刚度原理,对一些特厚煤层和薄基岩煤层开采的顶板运动及载荷边界尚不清楚。随着开采理念和技术进步,岩层控制研究也遇到了一些新问题,今后需更多地关注覆岩运动、底板破坏与突水、裂隙岩体、地质构造等问题。由于煤炭开采更多研究的是岩层破坏后的力学行为,破坏后的岩层是以块体组合、非连续体为主,其宏观运动以接触面位移、大变形为主要特征,需要提出针对性的研究方法,开发专用的仪器设备,完善煤炭开采岩层控制研究体系。     

复杂条件下遗煤开采岩层控制理论与关键技术研究

为解决我国老矿区资源枯竭,优质稀缺煤种匮乏、矿井服务年限不足等问题,通过理论分析、实验、数值模拟等方法系统研究了我国遗煤储量及类型、复杂条件下遗煤资源开采矿山压力显现规律、岩层控制机理及判定方法、构造充填岩控技术及工艺装备。取得了以下创新性成果:①首次摸清了我国遗煤储量、分布及类型等,遗煤资源开采可增加我国30%的煤炭储量,其开采将增加主要产煤省的煤炭储采比,提出了遗煤资源开采急需解决的技术难题;②揭示了复杂条件下遗煤开采的"应力场-结构场-变形场"时空演化与矿压显现规律,建立复杂条件下遗煤开采岩层移动预测模型;③发现复合残采区整层遗煤资源开采存在"主控岩层结构",建立了"扰动块体梁"结构模型和"上控制层+下承载层"结构模型,揭示复杂条件下遗煤开采岩层控制机理,构建了以"主控岩层结构稳定"为核心的复杂条件下遗煤开采可行性定量判定理论体系;④研发了综合柱旁充填、"梁-柱"式充填岩移控制技术、固体资源化充填材料和制备输送系统,充填效果监测技术,发明了复杂条件下遗煤开采构造充填岩控技术及工艺装备,形成了复杂条件下遗煤开采关键技术体系。该成果对延长服务年限、保证国家能源供给具有重要意义。     

煤炭资源生态开采关键技术研究及应用

 为进一步提高翟镇煤矿绿色开采技术水平,本文基于翟镇煤矿的煤炭资源绿色开采实践,阐述了翟镇煤矿煤炭资源生态开采的关键技术及应用效果,论证了实现矿井矸石不升井、资源不浪费、矿井不产尘、污水不外排、煤炭不落地、地表不下沉的方法,提出了一条煤炭企业建设安全高效集约型、生态友好型、绿色循环型矿区的发展之路,具有很高的推广价值。