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。     

建筑物下压煤胶结充填条带开采模式

为了解决条带开采回采率相对较低和煤矿采空区全部充填开采成本相对偏高的问题,同时有效地控制建筑物下采煤围岩变形和地表沉陷,提出了采空区胶结充填条带开采模式,并阐述了该模式的技术思路;以胶结充填体和覆岩结构联合控制开采沉陷为原则,深入研究胶结充填条带开采模式下不充填区工作面采宽和充填区工作面采宽及两者间的协调关系,并求得了两者间的关系式;该模式对建筑物下开采设计是十分有效的,能够有效地控制地表移动和变形,提高采区回采率,以实现建筑物下安全采煤并最大程度地减少充填开采成本。     

浅埋厚煤层条带充填开采效果研究

由于西部浅埋矿区特殊的赋存条件,煤层开采严重威胁西部矿区脆弱的生态环境,以煤矿自有的煤矸石、周边的沙子,电厂的粉煤灰及水泥制作膏体材料,通过力学实验证明了充填体强度符合煤矿开采应用。通过数值模拟实验,验证了条带充填开采控制地表沉陷的效果,浅埋厚煤层条带充填开采只会在开采留设煤柱时形成垮落带,并且导水裂隙带高度发育不会到达含水岩层。     

固体废弃物充填开采地表沉陷预测方法研究与应用

在阐述固体废弃物充填开采控制岩层移动变形原理的基础上,分析了充填开采影响地表沉陷的各个因素,提出充填开采地表沉陷预测可采用基于等价采高理论的垮落法预测方法.本文依据东坪煤矿首采充填工作面15601的布置方式及采矿地质条件,预测了工作面上方地表沉陷以及建筑物的破坏情况,可为类似工程应用提供一定借鉴.     

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。     

岱庄煤矿条带煤柱矸石膏体充填开采地表沉陷研究

 摘要：针对岱庄煤矿村庄压煤严重,矿井服务年限缩短,而传统条带法开采后遗留条带煤柱储量丰富的现状,根据国内煤矿膏体充填开采技术发展水平和煤矿绿色开采的发展要求,在分析现有建筑物下开采技术途径的基础上提出了采用矸石膏体充填材料充填进行建筑物下遗留条带煤柱开采, 通过对矸石膏体充填开采地表沉陷控制原理的分析研究,实施了建筑物下矸石膏体充填开采,并对地表沉陷进行了预计实测。该技术项目的研究将为我国“三下”压煤条带煤柱回收及矸石井下利用提供了前沿技术开发思路,对解放村庄下呆滞煤炭资源,提高资源回采率和经济效益,实现企业的可持续发展,具有重要的现实意义。截至2011年6月30日,已累计回收条带煤柱560m,置换原煤23.1万t,地表最大下沉量只有35 mm,远远小于原设计预计的300-400mm,地表变形控制效果非常好。     

煤矿开采沉陷有效控制新途径的探讨

分析了充填开采、条带开采、覆岩离层注浆岩层控制技术和“采-注-采”三步法开采的优缺点,在此基础上提出了“条带开采-注浆充填固结采空区-跳采剩余条带”的新三步法开采沉陷控制的新思路,并比较其优缺点。初步分析表明,采用新三步法可以更好实现对岩层移动和地表沉陷的有效控制,地表下沉系数可控制在0.20以内,煤炭采出率可达到70%~80%,可大幅度减轻对环境的破坏。     

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。     

条带煤柱充填开采围岩充填体相互作用分析

采用相似材料模拟方法,以岱庄煤矿膏体充填开采为背景,研究了条带煤柱膏体充填开采煤柱、充填体和围岩之间存在相互作用的空间关系,并与垮落法开采作对比分析,研究结果表明:充填开采上覆岩石离层不明显,岩梁曲率变形小;充填体对煤柱提供侧向约束力,降低了煤柱所受的最大垂直应力;充填体参与支撑顶板时,形成"煤柱-充填体-煤壁"共同支护顶板的结构,该结构可以有效地控制开采沉陷。模拟研究结果与现场实测基本相吻合。     

煤矿井下矸石充填技术与地面减沉效果

井下矸石充填开采不仅利用了矿井产生的矸石,而且采出了部分被压煤炭,较适用于建筑物下压煤开采,是实现煤矿绿色开采的重要途径之一。结合某矿巷道充填开采,采用计算机数值模拟技术,对煤矿巷道充填开采巷道间煤柱稳定性进行研究,选出较合理的煤柱留设宽度。根据实测结果,巷道充填开采实际充填率在80%左右。对某矿开采区域,采用巷道充填开采和条带开采2种方案进行进行预测,巷道充填开采地表沉陷效果较为显著。     

建筑物下矿山充填条带参数优化及稳定性分析

为解决某矿3_下煤村下压煤开采难题,尽可能提高煤炭资源回收率,需对充填条带参数进行研究。根据关键层理论,对3_下煤层顶板极限跨度进行计算研究,可知该矿顶板条件下未充填区域宽度小于41.8 m时,基本顶不会发生断裂;在此基础上采用FLAC^3D数值模拟软件对3个条带充填方案进行分析,研究不同充填体宽度和一定充填间隔距离条件下充填条带的塑性区范围和应力分布规律,研究结果表明：应尽量使充填率控制在70%以下。根据对不同模拟方案进行比较分析可知,在充填率为55.5%时,条带充填体塑性区比例为30%左右,充填体弹性核区能够长期稳定。实践表明3_下煤在此充填条带参数下开采,可确保地表建筑物在Ⅰ级破坏范围内,且利用矸石充填,对实现矿区绿色开采具有重要意义。     

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。     

充填开采技术在平煤股份十二矿的实践应用

针对平煤股份十二矿允许可采建筑物下存在较大量压煤的问题,并为了实现矿井平稳发展、控制地表下沉和减小瓦斯治理难度,提出了采用固体充填物充填采空区,采出建筑物下压煤的开采模式,通过充填工艺实践,解决了充填物进入采空区、相关工艺及参数等问题,在保证地面建筑物完好的情况下,能有效采出平煤股份十二矿允许可采建筑物下压煤463万t以上,并为解放平煤股份"三下"压煤摸索出一种行之有效的工艺。     

特厚煤层充填开采对地表村庄的影响研究

随着煤炭资源的不断开发,"三下"(建筑物下、水体下、道路下)压煤问题越来越突出,充填采煤法成为"三下"压煤开采的有效方法。基于公格营子矿特厚煤层似膏体充填开采实践,通过充填开采地表沉陷实际观测和地表移动变形的预计分析,结合地表建筑的受损等级标准,就充填开采对地表村庄的影响进行了研究。结果表明,似膏体巷式充填开采控制地表下沉的效果良好,地表沉陷下沉系数为3.5%。特厚煤层全部充填开采后,村庄范围地表移动变形不明显,将不会影响村庄范围内的建筑物正常使用。     

条带充填开采充填率对地表移动影响因素研究

解决“三下”压煤问题的关键是地表沉陷的控制技术。条带充填技术的发展提供了一种经济有效的地表沉陷控制技术,本文采用数值模拟的方法研究了厚松散层下条带充填开采充填率对地表移动变形的影响因素及其规律。结果表明随着充填率的增加,主断面地表移动变形的下沉值、倾斜值(绝对值)、曲率值、水平变形值逐渐减小;当充填率由64.5%~69%时,地表最大下沉值、倾斜值极大值呈显著减小趋势,曲率极大值的减小幅度有所降低,水平变形极大值的减小幅度先减小后变大。     

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。     

巷柱式充填开采邢东矿井2#煤层的稳定性分析

针对邢东矿井2#煤层巷柱式充填开采特点,运用FLAC3D数值分析软件构建三维数值模型,模拟煤层被开采、支护及矸石充填的过程。分别对比方案一（巷道锚固后不充填）和方案二（巷道锚固后充填矸石）2种工况下的地表沉降量、塑性区和垂直应力场的变化。分析得出矸石充填体通过对煤柱施加侧向应力而提高煤柱的承载能力,能较好地减小地表的沉降量,减少岩体塑性区的范围,使垂直应力值得到有效控制。     

浅部开采尾砂膏体巷采设计与地表沉陷控制

针对我国充填开采材料来源不足的问题,通过理论分析、室内实验及现场实测等方法,系统研究了尾砂膏体充填材料特性、充填工艺,进行了尾砂膏体巷采设计及地表沉陷效果分析。研究确定了尾砂膏体优化配比为水砂比1∶5,质量浓度为70%;提出了尾砂膏体巷采方案,建立了巷采充填地表沉陷模型,解决了采煤、充填、工作面通风和安全出口问题;相似材料模拟试验表明,在巷采连采连充过程中覆岩没有冒落过程,直接顶是以微裂隙和层间离层往上发育,基本顶以弯曲下沉为主;充填体密实性、变形监测及地表移动观测表明,尾砂膏体巷采对地表沉陷控制较好。研究成果在淄博市张店区沣水镇张赵煤矿102采区进行了成功应用。     

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。     

“采充并行”式保水采煤方法

针对目前充填保水采煤方法存在的充填时间和充填空间不足,采煤与充填作业协调困难等问题,提出“采充并行”式充填保水采煤方法。在开采过程中,首先将整个开采块段内的所有采场支巷划分为多个开采阶段,每当开采并充填完一个阶段内的所有采场支巷后,再进行下一阶段采场支巷的开采和充填,直至开采和充填完所有采场支巷,最终实现充填体与煤炭的完全置换。为有效控制覆岩移动,每个采场支巷开采完毕后就立即对其进行充填。为确保正在开采的采场支巷两帮是实体煤或已达到设计强度的充填体,在阶段内对采场支巷进行间隔开采。研究成果应用于王台铺煤矿,在块段内煤炭资源采出率达96.8%的条件下,实现了浅表水资源的保护,地表变形量也小于建筑物Ⅰ级损坏等级指标。该方法采用一采一充一备的“采充并行”式充填开采模式,充分发挥快速连采和充填采煤的优点,可实现保水采煤。