固体废弃物胶结充填开采上覆岩层移动影响分析

通过建立计算机数值模型模拟固体废弃物胶结充填开采上覆岩层移动规律,观测不同工作面推进距离上覆岩层移动特征,对比长壁开采与充填开采关键层移动,分析充填开采关键层运动与上覆岩层移动特征。由于采空区被矸石和粉煤灰等材料所充填,充填工作面矿压显现和上覆岩层移动规律与一般垮落法管理顶板明显不同。研究表明：胶结充填开采工作面周期来压步距大,来压强度不明显;关键岩层弯曲下沉,不会出现岩层破断现象。上覆岩层移动范围明显减小,对地表变形能有效控制。     

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。     

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。     

高浓度胶结充填开采支架与围岩关系研究

通过分析高浓度胶结充填开采上覆岩层移动规律和支架与围岩关系,建立了顶板载荷计算方式,并通过新阳矿工程实例进行验证。研究表明:采场周期来压步距增大,强度降低,表明充填体能够有效支撑顶板,减缓上覆岩层的扰动,充填开采相比普通垮落综采,支架需要更高的工作阻力,并且高支护强度可以有效限制顶板的下沉,进而提高充填率,减缓地表变形。     

大采高工作面顶板破坏规律的推进速度效应

为研究工作面推进速度加快后,顶板岩层破坏规律,依据神东矿区上湾煤矿地质赋存条件,采用相似模拟试验及现场实测的方法,通过对比分析不同推进速度条件下工作面直接顶、基本顶及其上覆岩层变形、下沉、垮落规律,定量地表征了大采高工作面顶板破坏规律的推进速度效应。研究结果表明:不同推进速度条件下,直接顶、基本顶岩层变形、下沉垮落演化规律保持一致;基本顶岩层周期来压步距随工作面推进速度加快而显著增大;直接顶、基本顶及其上覆岩层下沉量随工作面推进速度加快而呈不同程度的减小;工作面来压持续距离随工作面推进速度加快而明显延长,来压强度和动载系数呈不同程度增大。     

近浅埋煤层综采工作面矿压规律试验研究

为了研究杭来湾煤矿30101综采工作面矿压显现规律,利用相似模拟实验方法,研究了近浅埋综采工作面开采过程中覆岩破断运动特征,掌握了30101工作面基本顶来压步距及支架工作阻力特征,支承压力分布规律和上覆岩层移动变形演化规律。研究表明30101工作面基本顶周期来压步距存在大小周期,上覆岩层移动变形呈现"两带"。     

近浅埋煤层综采工作面矿压规律试验研究

为了研究杭来湾煤矿30101综采工作面矿压显现规律,利用相似模拟实验方法,研究了近浅埋综采工作面开采过程中覆岩破断运动特征,掌握了30101工作面基本顶来压步距及支架工作阻力特征,支承压力分布规律和上覆岩层移动变形演化规律。研究表明30101工作面基本顶周期来压步距存在大小周期,上覆岩层移动变形呈现"两带"。     

“三软”煤层上覆岩层移动破坏规律相似模拟

针对明业煤矿3#煤层采煤工作面具体地质条件,采用相似材料模型实验,分析研究了"三软"煤层上覆岩层的移动破坏规律,为回采工作面管理提供科学依据,结果表明:"三软"煤层的上覆岩层具有从下往上分层破坏的特性,直接顶的初次垮落步距为12 m,老顶初次来压步距23 m,周期来压步距为10~14 m;上覆岩层的不规则垮落带为24 m,规则垮落带在距煤层顶板24~36 m的范围,在距煤层顶板36 m处形成了稳定的老顶结构;开采完成后,上覆岩层最大下沉量为5.043 m,下沉系数为0.84。     

下保护层开采上覆煤层顶板破断规律研究

为研究下保护层开采上覆煤层顶板破断规律,以贵州某矿为工程背景,建立基本顶破断不同时期力学分析模型,推导破断临界条件及破断步距,构建物理相似模型反演顶板破断下沉历程,现场监测工作面顶板来压破断步距。研究表明：下保护层开采时上覆煤层直接顶随采碎冒,基本顶初次来压破断步距为20m、周期来压破断步距10m,破断角55°～65°;采空区上覆岩层塑性破坏区呈“梯形”结构,基本顶在空间上依次经历“离层-破断-垮落”有规律交替运动;顶板下沉时依次经历“稳定-加剧-饱和”3个阶段,最大下沉量21 mm,同一水平位置顶板下沉时呈“边坡”状分布;现场监测结果与理论分析、相似模拟结果基本吻合,工作面来压时需适当加快工作面推进速度以避免发生压架事故。     

运河煤矿孤岛充填工作面应力分布及微震活动规律

孤岛充填工作面由于控制顶板上覆岩层下沉而使工作面超前支承压力变得复杂,同时顶板破断形式也不同于常规孤岛工作面。为了更好地控制孤岛充填工作面采场围岩,以运河煤矿C8301工作面为背景,研究超前支承压力变化趋势和煤柱变形情况,同时也分析了工作面回采过程中微震活动规律。研究得出：(1)孤岛充填工作面初次来压步距明显增加,工作面推进至120 m左右时发生初次来压;(2)孤岛充填工作面两侧煤柱总体变形量较小,可维持煤柱的相对稳定;(3)孤岛充填工作面回采过程中,有明显来压的特征,但是来压强度远小于正常孤岛工作面。该研究为矿井实现深部孤岛充填工作面安全开采提供了指导。     

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.     

充填开采工作面矿压显现规律数值模拟分析

 为了研究充填开采工作面矿压显现规律,以新阳矿10203充填开采工作面为试验背景,运用数值模拟软件,对工作面不同推进距离下,沿倾斜和走向方向的受力以及充填体上覆岩层的垂直位移进行了模拟分析。结果表明：与传统垮落法开采相比,充填开采来压步距增大,矿压显现缓和;采后及时充填可降低顶板下沉量。     

建筑物下超高水材料充填体稳定性研究

针对建筑物下3603超高水材料充填开采工作面,经在采空区内布置顶板变形仪和压力传感器,对充填体进行监测研究,得出超高水充填体在工作面中部压缩变形量和应力比端部高;充填体压缩变形量及应力随工作面的向前推进而增加,且在初期总体上均呈线性关系,达一定距离后,逐渐趋于稳定;超高水充填体能有效控制顶板下沉,减缓上覆岩层向下移动,能对地表变形起到很好的控制作用。     

充填体协同支架控顶效应研究

固体充填开采中充实率是控制岩层移动的关键,充填工作面中煤壁、液压支架与充填体形成体系协同承载上方载荷、控制顶板变形,该体系中支架的合理工作阻力与充实率密不可分。基于充实率与岩层破断关系,建立了煤壁-支架-充填体耦合控顶力学模型,给出了高、低充实率(kg=4.16×108,kg=2.15×107 N/m3)下支架立柱的合理工作阻力公式,分析高、低充实率下顶板的变形和受力特征受上覆岩层载荷、煤壁地基系数与支架工作阻力的影响规律,研究结果表明:由于不同充实率导致工作面覆岩破断结构形态不同,充填支架工作阻力与充实率并非为线性正相关;相比煤壁地基系数、支架工作阻力,采空区上方载荷对顶板变形、弯矩分布影响较为显著。     

充填对覆岩变形移动特征影响的对比试验研究

充填开采条件下上覆岩层变形移动特征不同于全部垮落法,为了获得其上覆岩层变形移动特征的差异,以邢台矿7608充填开采工作面为试验背景,采用相似材料模拟工作面回采和充填过程,采用三维静态变形测量系统对上覆岩层进行了变形观测。通过对比充填率为90%和0时2种不同情况,获得了充填法和全部垮落法管理顶板条件下上覆岩层变形移动特征和充填对覆岩移动的影响规律。     

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。     

孤岛充填工作面初采致冲力学机理探讨

孤岛充填工作面由于要控制采空区顶板下沉而导致工作面煤体支承压力分布变得复杂,造成冲击危险性评估方法不同于常规工作面,为了提供充填回收孤岛煤柱采场围岩稳定性分析的理论依据,以山东某矿孤岛充填工作面为背景,通过对孤岛煤柱覆岩结构及演化特征进行研究,建立了孤岛充填开采条件下“充填体-煤柱-顶板”力学模型,得到了充填工作面超前支承压力估算方法,提出了孤岛充填工作面煤体冲击失稳的判据。研究结果表明:① 采空区充填效果决定了上覆岩层下沉运动的空间以及与两侧采空区覆岩发生水平联动的范围,是影响孤岛煤柱覆岩结构演化特征的关键因素;② 受回采巷道切割及大直径钻孔卸压工程的影响,工作面煤体承载能力呈现明显的区域差异性,弹性承载区煤体是上覆岩层传递载荷的主要承载体,工作面开采边界条件和回采巷道布置方式是影响工作面煤体静态稳定性的主要控制因素;③ 充填材料受到采空区顶板下沉运动中压应力作用下发生压缩变形,当顶板和充填材料达到力学平衡时顶板下沉运动终止,充填材料固结体压缩变形量和弹性模量是影响工作面煤体动态稳定性的主要控制因素;④ 决定孤岛充填工作面冲击危险性的关键因素是工作面弹性承载区煤体静态支承压力和采空区顶板下沉量。针对这类冲击地压的致灾机理,通过煤层注水、高压水压裂及优化工作面布置以降低工作面弹性承载区煤体静态支承压力和提高采空区充填率、优化充填材料固结体压缩性能以减小采空区顶板下沉量等措施,可有效降低孤岛充填工作面的冲击危险性。该研究成果可为类似开采条件下冲击地压的防治提供参考。     

充填采煤法控制地表下沉数值模拟

以某矿12418工作面为工程背景,通过理论分析,建立"煤柱-充填体-煤壁"力学结构模型,分析了采空区充填后,充填体与围岩之间的相互作用关系。并利用UDEC建立二维离散元模型,模拟分析了工作面充填法开采与垮落法开采相比减小地表下沉的效果。结果表明:采用充填开采时,多个支撑点对上覆岩层载荷进行支撑,顶板的挠度值减小;地表最大下沉系数小,顶板未发生台阶失稳,采用充填开采可有效的控制上覆岩层运动,缓解地表下沉,保护地表建筑物。     

充填步距和推进距离对基本顶下沉影响的数值模拟

工作面推进过程中,充填步距不仅决定基本顶的暴露时间,还影响充填开采的平行作业。以五亩冲煤矿为工程背景,利用FLAC3D软件模拟充填开采时基本顶的下沉移动规律。研究表明:随着充填步距的增大,工作面基本顶下沉位移逐渐增大;相同推进距离,当充填步距达到6 m时,基本顶下沉位移明显增大。     

尾砂膏体跳采充填开采相似材料模拟试验

为研究以尾砂为骨料、胶固粉为细集料的膏体跳采充填覆岩变形、移动及破坏的规律,以张赵煤矿102采区1021工作面为工程背景,基于相似理论建立相似物理模型,对跳采充填情况下煤柱及充填体稳定性、顶板裂隙发育、弯曲变形规律进行研究。试验结果表明:第1轮采5 m,留15 m煤柱跳采充填开采后,基本顶和直接顶基本稳定,没有变形;第2轮开采煤柱累计长度80 m,随着回采煤柱数目增多,直接顶发生下沉明显,在距开切眼90 m处1~8测点下沉最大值达到4.5 cm;当工作面完全充填开采后,上覆岩层下沉最大值为22 cm,离层发育高度为29.4 m;煤柱和充填体所受垂直应力随煤柱回采数目增多而变大,煤柱监测数据的变化呈现阶梯状增加,分为突变期、缓增期、稳定期3个阶段;充填体受力稳定在0.012~0.02 MPa之间,变形小。