长壁全部充填与条带充填开采沉陷控制效果对比

为了研究不同充填开采方法对地表沉陷的控制作用,采用理论分析和数值模拟方法对比了长壁全部充填和条带充填开采的地表沉陷规律,并对二者差异及原因进行了分析,研究结果表明:在充填率相同的条件下,采用长壁条带充填开采能够形成若干个间隔支撑顶板的"条带充填体",限制顶板和覆岩的下沉量,保证覆岩关键层结构不破坏,使得地表沉陷可控;而采用长壁全部充填开采,充填体被平均分配到整个采空区,导致空顶高度增加、顶板和覆岩的下沉量变大,造成覆岩关键层结构发生破坏、地表下沉加剧,因而沉陷控制效果较条带充填明显变差;在控制相同的地表沉陷效果时,长壁条带充填的充填率较长壁全部充填明显降低;说明一定充填率条件下长壁条带充填开采对地表沉陷的控制效果比长壁全部充填开采更好。     

膏体充填回收条带煤柱覆岩活化规律研究

为分析膏体充填回收条带煤柱覆岩活化规律,通过建立条带开采、回收遗留煤柱和单独充填开采3种模型,采用数值模拟和岱庄煤矿膏体充填回收条带煤柱地表沉陷实测,研究得出了充填开采孤岛煤柱引起的覆岩活化机理,以及覆岩活化对地表沉陷影响的程度。研究表明:充填开采覆岩活化程度随着与煤层距离的增加,呈现先增加后减小的趋势,最大活化发生在距煤层100 m内;膏体回收条带煤柱覆岩活化率在15%～30%,反应至地表的在15%左右。     

条带开采矸石充填控制变形的数值模拟研究

针对煤矸石地表堆积对人类生存环境带来的威胁与危害,依据绿色开采中条带充填控制开采沉陷的思路,采用大型数值模拟软件FLAC,研究了条带开采矸石井下充填控制变形作用,对比分析了有充填和无充填条件下的煤柱垂直位移、水平位移以及地表下沉量,得出了一系列有价值的结论。结果表明,实施条带充填开采可减小煤柱变形,有效控制上覆岩层变形和地表下沉。     

分阶段充填开采应力演化与地表减沉效果研究

为研究分阶段充填开采应力演化及地表沉陷特征,采用数值模拟和现场实测方法,对各阶段充填开采的采动应力与位移特点进行模拟和实测分析。结果表明:第1阶段开采时,煤柱为主要支护体,充填体为被动支护体,主要起到应力传递的作用,随顶板下沉开始逐渐承载,充填体与煤柱形成统一支护体,相互提高了支撑能力,该阶段顶板及地表仅出现轻微下沉;第2阶段开采时,其应力演化过程与第1阶段类似,煤柱最大垂直应力22 MPa,充填体最大垂直应力12.0 MPa,但顶板及地表下沉量幅度较大,第2阶段下沉占总下沉量的83.2%。实测结果与模拟结果规律性一致,相比垮落法开采,地表下沉减少了92%。     

建筑物下固体充填开采地表沉陷规律分析

为了研究固体充填开采地表沉陷影响因素,实现建筑物下安全开采,以唐山矿T3281N工作面为工程背景,运用现场实测和FLAC3D数值模拟相结合的方法,分析了地表变形参数与充填体压缩率、充填率的关系。结果表明:实测地表最大下沉值为38 mm,仅占采高的1%,充填开采地表变形较小;充填率从70%增加到95%时,地表下沉峰值和水平变形峰值分别减小了67.1%和70%。;压缩率由25%减小至5%时,地表下沉峰值和水平变形峰值分别减小了61.8%和61.3%;合理提高充填率与压实度能够有效降低开采沉陷程度,充分保护地表建(构)筑物。     

长壁综采矸石与粉煤灰充填技术及地表沉陷分析

固体充填开采能够有效兼顾煤炭开采经济效益与环境效益,是一种较好的绿色开采技术,在国内获得初步应用,但实测资料较少。介绍邢台煤矿7606工作面长壁综采矸石与粉煤灰充填采煤工艺,并结合观测站实测资料和FLAC3D数值模拟手段,研究固体充填开采在减少地面下沉中的作用,并研究不同充填率和充填体不同弹性模量条件下地表下沉规律。通过观测站实测结果分析,固体充填开采在减少地面下沉方面效果明显。通过数值模拟分析,随着充填率由100%逐渐减少,地表下沉最大值则逐渐增加,充填率对地表下沉的影响很大。随着充填体弹性模量从0.24GPa增大到24GPa,地表最大下沉值迅速减小,但当充填体弹性模量增大到4GPa以后,地表移动变形值的变化不很明显。     

“条采留巷充填法”绿色协调开采技术

为减轻高强度开采对我国西北地区地表及生态环境的破坏,结合条带开采与充填开采的优势,提出了一种“条采留巷充填法”部分充填的协调开采方法。采用理论分析与相似模拟相结合的研究方法,给出了条带开采的采留宽、沿空留巷的巷旁充填宽度和充填率的确定原则,分析了巷旁充填体提升条带煤柱稳定性的作用原理及置换煤柱开采的覆岩稳定性。以哈拉沟煤矿22407工作面地质条件为工程背景,确定了合理的工艺参数并进行了数值模拟研究。结果表明:在开采尺寸达到充分采动后,覆岩中的亚关键层4最大下沉量为12 mm,可推知地表基本不出现下沉,取得了良好的地表沉陷控制效果。该技术为降低充填成本,保护地表生态环境提供借鉴。     

粉煤灰膏体充填主要参数对上覆岩层控制的模拟研究与比较分析

粉煤灰膏体充填开采是目前最为有效的控制上覆岩层破坏的开采技术之一。结合邢台矿区实际情况,建立数值模型,就充填体强度和充填率这2个最主要充填参数对上覆岩层控制的影响程度进行了数值模拟研究,并比较分析了两者对地表下沉值的影响规律。结果表明,充填体强度对地表的最大下沉量起着重要的作用,保证足够高的充填率是分层膏体充填开采达到预期效果的重要前提。当充填体强度为1.5~3.0 MPa时,地表最大下沉值随强度的减小呈线性增大,而充填体强度小于1.5 MPa时,地表最大下沉值迅速增大;充填率减小,地表下沉值逐渐增大,且变化的幅度基本是均匀的。     

煤矿胶结充填开采覆岩移动变形规律数值分析

为分析煤矿胶结充填开采上覆岩层移动变形规律,以新阳矿十采区为工程背景,应用FLAC3D数值软件进行了模拟研究,分析了在不同充填率条件下,在一个回采空间内形成的"煤壁-顶板-充填体"的小结构和多个平行工作面形成的"煤柱-顶板岩层-充填体"的大结构上覆岩层的受力和变形情况。研究结果表明:在单工作面区域内,工作面前方出现增压区,在充填体侧出现减压区,随着充填率的增加,覆岩的移动变形量减小,充填体和工作面前方煤体的支承压力变小;在多个平行工作面区域内,基本顶在煤层倾斜方向上发生了连续弯曲下沉,基本顶的最大下沉量发生在各工作面中点位置;基本顶最大下沉量随充填率的增加而明显减小。     

条带开采关键层控制地表变形分析

以山东某煤矿3煤厚煤层宽条带开采工作面覆岩与地表变形控制为研究对象,对覆岩关键层控制覆岩与地表变形机理进行探究。根据关键层理论确定了该区域上覆岩层厚度290.97 m的细砂岩为主关键层,并且其下方有一亚关键层协同控制地表变形,二者构成复合关键层,计算了主关键层破断距。数值模拟覆岩主、亚关键层应力和位移变化规律,建立了顾及关键层的地表下沉预计模型。研究结果表明：亚关键层断裂、主关键层未断裂时,地表变形增大不明显;主关键层断裂时,地表变形有突变现象发生;同时经实测数据验证:建立的顾及关键层地表下沉预计模型是可靠的。