金属矿山充填体作用机理研究实践

本文简要介绍了国内外金属矿山地下采区充填体作用机理研究的进展;通过对我国锡矿山、招远、金川、大水清等矿的充填机理研究理论和实践,阐述了在经济效益和社会效益方面所取得的重要成果及其今后发展趋势。     

浅埋坚硬覆岩下开采地表塌陷机理研究

对浅埋坚硬覆岩下开采地表塌陷机理进行了数值模拟.结果表明，采场上方存在高应力束组成的“复合应力拱”，“外应力拱”承担覆岩及地表土的自重并将其传递至采场两侧实体煤内，“内应力拱”主要承担悬空顶板的重量并传递至煤柱.“复合应力拱”形态随时间推移而不断演化，“内应力拱”不断合并抬升直至与“外应力拱”重合，最终拱肩处岩体受拉压复合应力作用而首先开裂，从而破坏了“复合应力拱”成拱机制而导致采场上方覆岩断裂、地表塌陷.     

膏体充填开采技术在开采极薄覆岩下煤层的应用

在地面建立注浆站,用泗河砂、粉煤灰、专用胶结料和水配制成胶凝性膏体浆液,采用泵送设备通过管道把膏体充填料由地面泵送至井下采煤工作面,及时充填采空区。     

膏体充填开采相似材料法覆岩应力发展规律研究

该文以级索煤矿16煤层16E104充填工作面为试验原型,采用相似材料模拟的方法研究充填采场覆岩应力的发展规律,结果表明充填采场顶板与底板的应力发展规律有一定的相似性,采场顶板应力经历着从"V"型分布向"U"型分布的转化过程,顶底板的应力大致可分为应力集中区、卸压区和应力恢复区三个区域。本文的成果可以作为现场实测研究和数据分析的基础,还可以为充填采场覆岩沉陷控制提供理论依据。     

充填开采覆岩裂隙时空演化实验研究

以任家庄煤矿拟充填工作面为工程背景,通过相似材料模拟实验,统计分析了覆岩裂隙数量、角度、长度、宽度等参数,研究了充填开采覆岩裂隙的时空演化规律和分布特征。结果表明,煤层开挖充填距离较短时,近煤层的低位岩层首先产生横向裂隙,裂隙数量少、角度呈近水平。随着开挖充填距离的增加,横向裂隙的数量和长度均呈增加趋势。横向裂隙衍生出的非贯通性纵向裂隙基本分布在煤柱与采空区交界的区域内,其长度相对较短,角度普遍大于180°。覆岩裂隙由低位岩层逐渐向高位岩层发育扩展,裂隙分布范围逐渐扩大,在关键层处裂隙发育受到一定阻碍,采充区中部覆岩的裂隙发生缩小和闭合现象,减缓覆岩裂隙数量的增加|停采后的覆岩裂隙宽度普遍小于0.8mm,由裂隙两端向中部位置,裂隙宽度呈现先增大后减小的变化趋势|开采起始位置的覆岩裂隙宽度比停采位置附近的覆岩裂隙宽度要大。最后针对充填开采覆岩裂隙演化过程提出了有针对性的控制措施。研究结果对于深入认识导水裂隙发育演化和保水采煤具有重要意义。     

房柱式开采覆岩移动机理研究

分析了房柱式开采的覆岩的移动变表机理，提出了地表最大沉降量的计算方法，并在相似材料试验的基础上进行了实例分析。     

综放开采端头局部充填覆岩移动规律模拟研究

为研究新型综放开采端头局部充填技术开采过程中覆岩移动规律,以陕西旬邑青岗坪42105工作面为工程背景,采用数值模拟分析方法,模拟分析两端头分别充填5 m、10 m、20 m充填体宽度条件下覆岩运移规律,得出随着端头充填宽度的不断增加,充填区域占工作面全长的比例不断增加,充填部分形成的应力拱范围不断扩大;当各端头充填宽度较小时,垮落区所形成的应力拱占主导地位,覆岩拱壳发育较高。     

超高水充填开采覆岩运移控制效果研究

为探究不同参数下超高水充填开采覆岩运移控制效果,确定最佳的充填参数,以义能煤矿1302工作面为工程背景,结合现场监测和数值模拟等手段进行深入探究。通过UDEC模拟得出：当充填率一定时,水体积比越大,覆岩塑性区高度越高,应力集中程度越大,直接顶随着水体积比不断增大由弯曲向破断转变,在水体积比为95%时发生破断。通过现场实测发现开采过程中最大工作阻力为37.2 MPa,最大应力集中系数为1.81,回采巷道顶板最大下沉量为24.5 mm,围岩变形小,地表平均曲率为0.03 mm/m²,水平变形在-0.28～0.4 mm/m,地表变形程度小,地面建筑得到良好保护。     

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。     

金属矿山地压灾害发生机理研究

在收集和整理金属矿山地压灾害发生实例的基础上,分析研究矿山岩层移动与地压活动发生、发展及其变化规律,得出地压灾害发生基本条件、时间效应及其发生机理,达到防灾减灾的目的。     

阳泉矿区铁路隧道下覆岩隔离注浆充填开采实践

为了解决阳泉矿区坪上煤矿铁路隧道及村庄压煤与该矿资源紧缺的矛盾,采用覆岩隔离注浆充填开采技术对其进行回采。以工作面钻孔柱状图为基础,采用关键层判别软件确定了研究工作面覆岩的关键层位及注浆深度;设计了注浆钻孔的分布位置,在铁路隧道内布设监测线。结果表明,采用覆岩隔离注浆充填技术能够将大幅度控制铁路隧道的沉降及变形,确保了处理后的铁路隧道简单维修后能够正常使用,证明了覆岩隔离注浆充填开采方法控制铁路隧道形变的可行性。     

膏体充填开采孤岛煤柱覆岩移动规律研究

为分析膏体充填开采孤岛煤柱覆岩移动破坏规律,确定充填开采控制地表沉陷的充填率阈值,基于充填膏体作用机理,并结合现场地质条件,采用相似材料模拟和理论分析,研究了采用充填法和垮落法开采孤岛煤柱分别引起来的覆岩移动规律,根据地表变形规律分析了充填开采控制地表沉陷的充填率阈值,并通过现场实测进行了地表下沉分析。     

典型金属矿山地面塌陷监测技术研究:以冷水江锡矿山地区为例

以冷水江锡矿山地区的地质环境条件为基础,结合采空塌陷区的分布特征,布置了地表形变、岩层内部、地表和建筑物裂缝的监测点与监测设施,通过各监测数据分析,对研究区内现有的监测设备的适用范围及优缺点进行了对比分析,对区内的监测网点与监测频率进行了有效优化,提出了同类矿山监测网点布设的总体思路,为同类矿山开展矿山地质环境监测提供了参考依据。     

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.     

基于PHASE2D的充填开采工作面覆岩稳定性研究

为了研究不同开采步距及煤层厚度对充填开采工作面围岩稳定性影响,采用PHASE 2D有限元软件建立数值模型。结果表明：开采步距由3 m增至5 m时,工作面前方塑性区略为减小,直接顶下沉量减小6.4 mm,岩层垂直位移减小19%。煤层开采厚度由3 m增至5 m时,工作面前方塑性区显著增大,直接顶下沉量及岩层垂直位移分别增大29%和25%。研究显示适当加快开采速度或开采厚度较小能够降低煤壁破坏范围和提高围岩稳定性。     

厚砂下煤层覆岩破坏机理探讨

本文在相似材料模拟实验的基础上，对覆岩以厚砂薄基岩为主要特点的煤层开采时初次来压和周期来压顶板岩层破坏机理进行了分析讨论，建立了顶板来压时的力学模型，并与首采工作面初采时的矿压观测结果作了对比，提出了防止和减小覆岩沿煤壁发生突然切落的最小支护强度。     

不同充实率下固体充填开采覆岩移动与地表下沉分析研究

在固体充填开采技术中,充实率对覆岩移动与地表下沉具有重要影响。文章以河南平顶山十二矿CT101工作面为例,采用FLAC软件建立固体充填开采数值计算模型,研究不同的充实率条件下覆岩移动与地表下沉的规律,研究表明:随着充实率的增大,覆岩关键层和地表最大下沉量呈现逐步降低趋势;当充实率小于75%时,下沉曲线在工作面边界附近位置处变化幅度最为显著,在下沉曲线中部位置处出现平底形状;当充实率大于75%时,下沉曲线整体呈现连续平缓的对称下沉形态。CT101工作面的现场实测表明,当充实率达到85%时,地表最大下沉量约为180mm,与下沉预计值200mm较为接近,预测结果偏于安全,可以为工程实践提供相关参考。     

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。