急倾斜煤层开采防水煤柱稳定性影响因素研究

为实现水体下急倾斜煤层的安全回采,基于龙湖煤矿南二采区急倾斜煤层的水文工程地质条件,采用离散元UDEC2D数值计算,分析了急倾斜煤层开采防水煤柱稳定性的影响因素。结果表明:随着急倾斜煤层采高的增大和煤体强度的降低,防水煤柱的垮落范围呈增大趋势;覆岩中关键层的存在以及直接顶岩梁的破断旋转均导致防水煤柱的垮落范围增大;当充填体弹性模量达到0.5GPa时,防水煤柱的垮落破坏范围可以降低54.3%,根据数值计算结果确定了急倾斜煤层采空区矸石自溜充填并注浆胶结充填体的顶板控制技术,同时采取了防水煤柱加固措施,有效确保了急倾斜煤层回采期间防水煤柱的稳定。     

风积沙充填开采应用现状及材料性能研究

风积沙充填开采可实现就地取材、变废为宝,实现煤矿开采与风积沙治理的协同处理。目前,风积沙充填主要应用于公路下伏采空区充填、煤矿充填开采及金属矿充填开采;在充填工艺方面,开发了采空区注浆投沙、固体充填开采、高水充填开采以及胶结充填开采等;在充填技术方面,采用了长壁式充填开采、条带式充填开采和巷式充填开采等。关于风积沙胶结材料性能研究集中于料浆流动性与充填体强度方面。通过分析不同配比与养护时间下风积沙胶结料浆的流变特性,以及采用聚丙烯纤维对风积沙充填体进行韧性改良,发现风积沙胶结料浆流变参数随养护时间而增加,纤维的加入显著改善了风积沙充填体的脆性特征。     

急倾斜采空区矸石充填顶板控制变形分析

根据急倾斜煤层采空区矸石充填开采下顶板受力特征,建立了顶板岩层梁式力学模型,得到了考虑充填矸石支撑作用的顶板挠度计算式,研究了不同充填量及强度的矸石对不同倾角顶板变形的控制作用。     

急倾斜保护层俯伪斜采煤法实践

磨心坡煤矿在急倾斜薄煤层保护层工作面进行俯伪斜分段密集摩擦支柱采煤方法试验,通过对试验工作面主要技术参数的选择,以及储煤仓改进,实施假顶上方充填矸石和顶板控制等措施,取得了良好的经济效益和安全效益,为急倾斜薄煤层保护层开采提供了一种新的途径。     

公格营子煤矿胶结充填材料试验

以公格营子煤矿为研究对象,通过单轴抗压强度试验对胶结充填体压缩特性进行研究,系统分析了白灰、粉煤灰、水泥、矸石不同配比方案,得出胶结充填体试块压缩特性和抗压强度随养护龄期的影响规律。试验结果表明:相同条件下,胶结充填材料强度与白灰掺量、粉煤灰掺量、料浆质量浓度和养护龄期成正比关系。通过单因素方差分析和显著性检验分析28 d充填料浆的抗压强度试验结果,得知质量浓度对充填体抗压强度的影响相对较大。公格营子煤矿现场充填体材料配比能够满足在开采过程中和开采后充填体对上覆岩层的整体性和长期稳定性的要求,能够指导类似煤矿后续的开采。     

基于矸石充填技术的急倾斜煤层顶板控制研究

本文以攀煤集团太平煤矿急倾斜煤层开采为背景,通过分析急倾斜条件下的矸石充填顶板力学模型及矸石充填对顶板控制的影响,设计了矸石充填工艺,并以顶底板变形监测效果进一步说明了矸石充填对急倾斜煤层开采的控制作用。     

水泥-粉煤灰胶结矸石充填材料的流变特性与固结机理

将粉煤灰、水泥、煤矸石和水作为充填材料进行制备矿山充填,既能实现固体废弃物的资源化利用,还能有效控制矿山采空区塌陷。本研究针对胶结矸石充填材料进行了流变测试、力学性能测试以及水化特性试验,分别研究了矸石充填材料的流变特性、抗压强度、水化产物以及微观结构。结果表明,当325普通硅酸盐水泥含量为15%、低钙粉煤灰掺量超20%、料浆质量浓度保持在77%以上时,所制备的矸石充填试样28d龄期的最小抗压强度超4.229MPa,这可以为井下充填开采提供良好的顶板支撑。其次,通过流变试验探究了粉煤灰掺量和料浆质量浓度变化对矸石充填料浆流变性能的影响,并得到了充填料浆所对应的流变参数以及流变方程拟合。此外,对矸石胶结充填材料的矿物成分、水化产物以及微观结构进行了研究。因此,该研究可以为大宗固体废弃物在矿山充填领域应用提供一定的理论指导。     

急倾斜软顶薄煤层伪倾斜线性密集支护开采技术

为了解决已有急倾斜煤层采煤法不适应软顶薄煤层开采的难题,利用相关理论对伪斜角度、采空区矸石冲击密集支柱等计算分析,结合俯伪斜走向长壁分段水平密集采煤法和走向长壁采煤法的优点,提出了伪倾斜线性密集采煤法,并采取单体液压支柱配金属铰接顶梁支护顶板、工作面挡矸、防串矸及防坠等关键开采技术,经过四个急倾斜软顶薄煤层工作面开采实践,成功解决了急倾斜软顶薄煤层开采难题,确保了安全生产。     

水耗量和骨料粒度对充填体结构和质量的影响

一些矿山企业用采空区胶结充填法开采。这些企业使用胶结充填料的经验表明,仅按平均强度评价充填体的质量是不够的。充填体的取样化验资料证明,一些地方的强度与平均强度相差很大,主要是某些地段的强度较低。过去作的充填体研究表明,强度指标很不一致是由于采空区充填时不能保证充填料的均质性。大家知道,决定混凝土均质性的主要因素是水灰比和骨料粒度。胶结     

粉煤灰膏体充填材料工作性能影响因素研究

为促进充填开采的推广应用,采用正交试验的方法,通过泌水率、坍落度和单轴抗压强度试验,研究了料浆质量浓度、矸石粒径、矸灰比和粉煤灰替代率对粉煤灰基膏体充填材料输送和力学性能指标的影响规律,给出了当前试验阶段充填材料的最佳配比.结果表明:料浆质量浓度是输送性能的主控因素,粉煤灰替代率和矸灰比次之,矸石粒径的影响较小;料浆质量浓度也是力学性能的主控因素,矸灰比次之,粉煤灰替代率和矸石粒径的影响较小;现阶段粉煤灰基膏体充填材料的较优配比为80％料浆质量浓度、0~5 mm 矸石粒径、1.0矸灰比以及30％粉煤灰替代率.研究成果对于降低充填成本具有重要意义.     

水体下急倾斜煤层采空区矸石充填顶板控制

采用数值计算和物理模拟方法,分析了水体下急倾斜煤层开采采空区矸石自溜充填顶板控制效果。结果表明：采空区矸石充填可以有效降低工作面顶板下沉挠度,减小区段平巷围岩变形;矸石充填限制了相邻分带煤柱的横向变形,减小其变形破坏程度以及降低相邻分带回采时的矿压显现;矸石充填使覆岩内的应力发生转移和重新分布,有效降低了覆岩导水断裂带的高度,减少了防水煤柱的塑性破坏范围。     

基于响应面法的煤矸石胶结充填体抗压强度试验研究

煤矸石胶结充填可有效控制煤矿开采造成的地表沉陷,减少环境破坏。为研究细矸率、水泥掺量和料浆质量浓度对充填体抗压强度的影响规律,优化充填材料配比,在单因素试验基础上采用响应面法设计3因素17组配比试验,构建响应面回归模型并计算优化配比,为工程上获得合理充填材料配比提供科学方法。研究表明:单因素对充填体抗压强度的影响大小依次为料浆质量浓度、水泥掺量、细矸率;细矸率和料浆质量浓度交互作用对充填体早期抗压强度影响较小,水泥掺量和料浆质量浓度交互作用对充填体中后期抗压强度影响最大;为满足充填强度要求（一般≥5.0 MPa）,经模型优化确定充填料浆最佳配比为m（煤矸石）︰m（粉煤灰）︰m（水泥）︰m（水）=50%︰22%︰8%︰20%,细矸率为52%时,充填体28 d抗压强度为5.07 MPa,验证试验误差范围在2%左右,模型精准可靠;水泥水化生成Ca(OH)₂激发粉煤灰和煤矸石活性物质生成钙矾石（AFt）和水化硅酸钙（C-S-H）凝胶,随着龄期不断增长对胶凝体系起到了良好的连接作用,网状结构更加稳定,能有效提高充填体抗压强度。      

急倾斜俯伪斜长壁综采机械化研究

急倾斜煤层开采条件恶劣,国内外没有长壁综采成功的先例,通过采用俯伪斜综合机械化开采工艺,减小了工作面实际倾角,克服了传统采煤方式落煤飞矸窜入液压支架伤人的现象,采煤机、刮板输送机、液压支架配套中,建立稳定一致的梁端距以及通畅的行人通道是基本的要求,为此创新研发了菱形液压支架,导向输送机为采煤机提供割煤过程依托,论述了菱形液压支架及其与特型采煤机、输送机的配套关键问题,液压支架的调整能力是保证采煤推进过程中设备不下滑的基础。通过工程实际应用,急倾斜俯伪斜长壁综合机械化开采效果显著,是急倾斜煤层开采方式的重大突破,设备之间协调运转,顶底板维护良好,对复杂难采煤层综采技术具有重大的推动意义。     

建筑物下煤矸石充填开采技术及实践

煤炭是支撑我国能源生产的基础资源,煤炭的持续、大规模开采造成了许多问题,如矿区生态破坏、建筑物沉降。因此,建筑物下回填控制地层和地表下沉的技术非常重要。目前,煤层颗粒物质、胶结材料和高含水率材料主要用于回填。总结了煤矿使用的回填材料CGFB的类型以及回填过程,提出了矸石充填开采技术的指导原则。实验结果表明随着工作面倾斜长度的增加,沉陷区和待回填区的面积增加。根据模拟结果,提出了煤矸石运动时间的优化方案,并对矸石回填采矿法进行了优化设计,确定了工作面倾斜长度,并缩短工作面以获得较高的充填率,保障了建筑物的安全性。     

西部生态脆弱区村庄下固废绿色充填开采技术应用研究

针对西部生态脆弱区村庄下压煤及高强度开采产生的固废排放处置、地表沉陷控制难题,提出了短壁连采连充式胶结充填采煤技术。阐述了该技术的技术内涵和采充工艺,分析了充填材料的组成和强度,确定了适用于工程现场的充填材料矸石(炉渣)、粉煤灰、石膏、水泥、矿井水配比为74∶2∶2∶7∶15,料浆浓度为85%,该配比下充填体单轴抗压强度可达3.1MPa左右。该技术充填系统包括矸石运输系统、泥浆制备系统、监测系统、工作面充填系统四大部分。工程应用表明：该技术开采5.25m厚的煤层充实率可达98%以上,地面最大下沉量约为180mm,可处理工业固体废弃物40万t,充填效果良好。     

薄煤层破碎顶板综采工作面“拖管”式充填试验研究

针对黄河北薄煤层、薄基岩、厚冲积层、顶板破碎、吨煤利润低、地表建筑物密集、全部跨落采煤地表下沉大等问题,在对综采架后自压式矸石充填、（似）膏体充填和（超）高水充填及高位离层注浆充填对比分析的基础上,提出了综采架后垮落带“拖管”充填的概念。结合赵官煤矿1703综采工作面开采技术条件,相似材料模拟试验和原生矸石、淋浆矸石压实度仿真试验,提出了“冒落”矸石压实分区和残余碎胀系数概念和“拖管”式充填时间-空间模型及工艺系统,并在该工作面试验成功。结果表明：薄煤层、破碎顶板、缓仰斜工作面,在不改造支架、不需堵漏的情况下进行垮落带“拖管”式充填是可行的;根据采-充量预计地表下沉系数为0.4,地表最大下沉量为50 cm。     

特大型铁矿全尾砂胶结充填试验

影响胶结充填体强度的因素主要有料浆浓度、灰砂比、养护时间等。不同灰砂比的胶结充填体具有不同的物理力学特性,灰砂比大、水泥含量过高,胶结充填体有较好的承载和自稳能力,但对于特大型铁矿采场中的大体积充填体而言,会大幅度提高充填成本。因此,在大孤山选厂全尾砂特性试验研究的基础上,进行了系统的全尾砂胶结充填试验,确定了合理的料浆浓度和灰砂比等参数,为制定特大型铁矿充填采矿方案提供科学的依据。     

碎石胶结充填料配比的优化

对高龙金矿下向分层进路胶结充填采矿法所用的充填材料进行了室内试验研究。试验内容包括充填骨料物理性能测定和胶结充填材料配忆试验。通过试验,优化了碎石胶结充填材料配比。     

煤矸石梯形条带充填采空区可行性研究

煤矸石充填采煤技术能用于低成本、安全、高效回收“三下”压煤和煤柱资源,有效循环利用矿区矸石是绿色开采的关键。提出了梯形条带充填采煤岩层控制的等价采体理论。进一步对梯形充填体的尺寸确定和稳定性进行了分析。分析表明：充填体的稳定性随采深和采高的增大而减小,随充填体截面尺寸的增大而增大;梯形充填方式适用于采高较小的中薄煤层开采,密实充填方式更适用于采高较大的厚煤层深度开采。     

某铜矿全尾砂充填体强度研究

结合浙江某铜矿全尾砂强度试验可知：除了与全尾砂的物理性质、化学成分和粒度分布有关,充填体强度的形成机理还与浓度、灰砂比、龄期和胶凝材料种类有关。不同标号和种类的水泥,对充填体强度的形成促进作用各不相同,PO42.5水泥对充填体强度的贡献明显好于PC32.5水泥,在充填材料配合比强度试验过程中,应选择不同标号和种类的水泥进行试验,从而在满足强度的基础上为矿山充填提供最经济合理的胶凝材料。