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.     

膏体充填参数对岩层移动控制作用数值模拟分析

为研究膏体充填开采对上覆岩层移动控制作用及地表沉陷影响,以某矿建筑物下固体废弃物充填采煤项目为工程背景,针对充填开采3个主要参数:充填体强度、充填率和压实率,充填效果评判标准选取地表最大下沉值和水平变形极值,利用FLAC数值模拟软件,采用控制变量的方法,研究了各参数对上覆岩层移动的影响。研究结果表明,为保证充填效果,充填体强度应不小于1.5 MPa,充填率不小于85%,压实率控制在20%以内。研究可为煤矿开采中膏体充填成巷技术的现场利用提供理论参考。     

膏体置换煤柱充填体承载特性及工作面支护强度研究

以山东能源集团岱庄煤矿2351膏体充填置换条带煤柱工作面为例,对井下充填体承载特性及工作面支护强度进行了研究。在分析膏体充填开采顶板运动特征的基础上,建立了膏体充填开采顶板稳定性力学模型,推导出了膏体充填开采工作面支护强度力学关系式。结果表明:膏体的力学性质离散性较大,强度较高,弹性模量和泊松比偏低,在低围压下膏体即表现出典型的塑性强化特性。充填采场上覆岩层主要存在裂缝、离层和弯曲下沉,不存在垮落带。充填体上分布的垂直应力既不是大小相同的水平线,也不是类似于条带煤柱上的马鞍形分布,而呈现出波浪形分布,自充填完成至覆岩运动稳定,充填体受力未出现突变现象,是一个逐步增大并趋于稳定的过程。2351膏体充填工作面现选用的充填式液压支架虽可有效地控制顶板下沉,但未能发挥所选支架的效能,还可进行适当优化。     

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。     

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。     

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。     

深部开采充填体与煤柱协同承载效应研究

深井充填工作面矿压显现强度与地表沉陷变形控制效果受充填体强度、充填率、煤柱宽度及充填体与煤柱承载匹配等因素影响,合理的充填体与煤柱协同承载是实现深部煤炭资源绿色开采的关键。为揭示深井充填工作面充填体-煤柱协同承载效应,结合义能煤矿地质生产条件,构建充填体-煤柱承载结构力学模型,探究充填体与围岩相互作用特征、充填体与煤柱协同承载作用过程。采用PFC软件模拟计算"充填体-煤柱"在不同充填率、充填强度条件下的承载特点,揭示超高水充填工作面充填体-煤柱应力分布及覆岩裂隙发育规律。研究结果表明:当超高水充填料充填率超过90%、水灰比低于95%时,煤柱应力集中程度较低,能够保持较好稳定性,顶板破断仅发展至基本顶,充填体-煤柱协同承载有效降低了工作面矿压显现强度与覆岩运移范围,为实现深部煤层绿色开采提供了科学依据。     

膏体充填条带开采技术

为了解决煤矿采空区全部充填开采成本相对偏高的问题,同时有效地控制煤矿开采地表沉陷和保证承压水上采煤的安全性,提出了煤矿膏体充填的条带开采技术,该技术以煤层顶板(关键层)、受承压水影响的底板极限垮落步距和条带煤柱留设的理论为原则,设计了膏体条带充填的充填宽度和留设宽度,并对影响条带充填体稳定的充填体尺寸、物料的配比、充填体空间的围岩岩性、地质构造和充填体侧向应力等因素进行分析。理论分析证明该技术构成的"煤层底板—充填条带—上覆岩层—主关键层"的结构体系能够有效控制地表下沉和减少底板破坏深度,达到承压水上建(构)筑下安全采煤的需求并最大程度地减少充填开采成本。     

膏体充填参数对上覆岩层破坏规律的数值模拟研究

传统的条带开采中,巷道开挖后扰动了巷道上方原岩应力的分布状态,巷道上方的顶板在二次应力场的作用下会发生变形、破坏,严重时会导致结构失稳、垮塌和破坏。为研究不同的膏体充填参数对覆岩应力分布规律的影响,本文运用数值模拟的手段以小屯矿条带充填开采为背景,选取采空区顶板及煤柱塑性区破坏范围、巷道顶板和煤柱的下沉量作为充填体的充填效果,得出不同充填体的充填率、充填体强度对上覆岩层破坏规律的影响。     

膏体充填综采地表移动与覆岩破坏规律

膏体充填开采是解放大量压占煤炭资源的新技术途径,能够充分回收资源,延长矿井服务年限。膏体充填综采地表移动与覆岩破坏规律尚未有深入的研究,针对大明矿膏体充填工作面特点,建立了地表及井下巷道岩移观测站,对工作面开采整个过程进行了监测,通过数据分析掌握了膏体充填综采地表移动及覆岩破坏规律,膏体充填开采后巷道顶板不会垮塌,且地表移动和变形大幅降低;通过计算机拟合得出膏体充填开采沉陷最佳预计参数,下沉系数q=0.16时,减沉效果明显,是较好的保护地面建(构)筑物的开采技术。     

膏体充填法回收工业广场煤柱地表变形分析

运用地表沉陷预计软件MSPS,分别对工广煤柱回收前后地表变形程度,以及在地表下沉系数不同时的地表建筑物破坏程度作了详细分析,并根据"三下开采"规程判断建筑物损坏等级,以确定膏体充填法开采的可靠性,合理解决了工广压煤问题。     

边角煤短壁机械化充填开采技术研究

根据我国煤矿的地质条件,将传统房柱式采煤提升为安全高效的短壁机械化采煤方法,并与充填技术相结合,针对充填技术特点合理布置采区巷道,充分利用充填物料凝固后的支撑强度,控制地表下沉和岩层移动,对煤柱、不规则块段、地质构造较复杂的煤层以及"三下"压煤等边角煤开采等提供了切实可行的技术途径,提高了煤炭资源回收率和开采效率。     

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。     

岱庄煤矿矸石膏体充填模式研究与应用

随着我国煤炭事业的发展,"三下"压煤问题逐渐突出,如何更合理有效的开采村庄等建筑物下压煤已经成为煤炭行业重要的研究课题。根据煤矿绿色开采的发展要求,提出了采用矸石膏体充填进行建筑物下遗留条带煤柱开采。提出了"大步距隔离全部充填法",条带煤柱工作面每推进4～5m,沿工作面作隔离充填,通过系统论证,确定充填系统能力150m3/h。结合岩移观测,得到地表下沉最大值为58.2mm,地表下沉系数为0.08～0.10。     

综采机械化矸石充填开采技术研究与应用

矸石充填开采是有效解放"三下"压煤的主要技术途径之一,其既可有效保护地表建(构)筑物,又能提高资源回收率,延长矿井服务年限,同时解决矿井排矸问题.为实现大采深厚煤层综采机械化矸石高效密实充填,文中以邢东矿综采机械化矸石充填开采工作面为例,结合对矸石充填体的力学试验,提出提高充填开采减沉效果的关键技术.通过优化矸石粒径级...     

膏体充填技术研究

淄博矿业集团许厂煤矿建筑物下压煤问题十分严重,为提高建下煤炭资源采出率,采用膏体充填的方法进行开采。对膏体材料所需矸石进行粒度分析,并通过流动性试验和泌水率试验确定各项材料的配比。该文简单介绍了充填系统。     

固体废物膏体充填岩层控制的数值模拟研究

为确定充填体强度和承压水上充填开采的安全性,预测充填开采控制岩层活动的效果,结合现场地质条件,基于充填体的充填作用机理,采用数值模拟软件FLAC,研究了在上层煤未采和已采两种情况下,利用不同的充填体强度开采下层煤后的地表沉陷和顶底板弹塑性区分布,分析了充填开采时工作面矿压及顶板稳定性．研究结果表明：膏体充填开采可有效控制岩层移动,减少地表沉陷效果显著;充填体强度越高减沉效果越好,但大于1MPa后,地表沉陷变化趋缓．综合安全、经济等因素考虑,充填体强度1MPa即可保证安全开采．     

天裕煤矿厚煤层充填综采工艺研究

为有效开采“三下”呆滞厚煤层,保障安全高效生产,结合天裕煤矿的工程地质构造、煤层赋存条件等,提出采用厚煤层充填综采法。通过充采工作面的合理布置,采用伪斜仰采的方式开采,工作面采用“采二充一”的方式连续作业,利用膏体充填材料进行架后充填,充填体平均强度达7.1MPa,地表下沉量仅为5mm,经济效益显著。     

峰峰矿区正断层活化造成地表异常沉陷影响因素研究

为了研究断层活化造成地表异常沉陷影响因素,建立了断层活化力学模型,并根据峰峰矿区地质条件利用数值模拟研究了断层倾角、煤层厚度、工作面推进长度、断层保护煤柱宽度、断层带充填物强度对地表沉陷的影响。研究结果表明：断层倾角越大,断层露头处地表下沉台阶落差越大,地表最大下沉值越大|煤层厚度越大,地表下沉值越大,断层露头处地表下沉台阶落差越大|工作面推进长度越大,地表下沉值越大,断层露头处地表下沉台阶落差越大,当工作面推进长度使地表下沉达到充分采动时,断层露头处地表下沉台阶不再增大|断层带充填物强度对地表沉陷影响不大。研究结果对分析断层影响下的地表沉陷规律具有一定借鉴作用。