覆岩隔离注浆充填浆体压缩特性实验与应用

为确定覆岩主注浆层位内充填浆体的应力-变形特征,采用电液伺服万能试验机及自行设计的粉煤灰浆体压缩仪,开展了不同压力下粉煤灰浆体的压缩特性实验研究。结果表明:在覆岩应力的作用下,粉煤灰浆体体积不断减小,减小速率逐渐降低,最终趋于稳定;粉煤灰当量压缩系数随着压力增加而减小,二者近似呈对数关系。基于实验结果,建立了不同注浆充填深度条件下干粉煤灰质量与压实灰体体积的换算关系,进而改进了注采比计算公式,导出了注浆充填干灰质量极限值的计算公式,并进行了工程验证,从而为注浆充填参数设计提供了合理依据。     

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。     

覆岩隔离注浆充填浆液无压阶段扩散规律实验研究

浆液流动规律对覆岩隔离注浆充填参数设计及技术效果具有重要影响。浆液流动受注浆压力控制,而实际的注浆压力由零压、增压等多阶段组成。研究表明,无压阶段内注采比最大可达10%,研究浆液在该阶段内的扩散规律有助于优化注浆初期的浆液参数与钻孔布置。本研究采用理论分析与实验研究方法进行覆岩隔离注浆充填浆液在无压注浆阶段的扩散规律研究,利用量纲分析方法建立浆液扩散距离的无量纲公式,设计可视化的注浆充填浆液扩散模拟系统,开展浆液扩散规律的实验研究,并对无量纲方程进行求解。实验系统由透明有机玻璃板构成的可视化模拟裂隙、恒速率注浆泵、搅拌机及监测等部分组成。利用该实验系统研究注浆流量、终孔距裂隙高度、浆液运动黏度等因素对粉煤灰浆液扩散距离与浆体形态的影响。实验结果表明:浆体扩散经历径向扩散和双向扩散两个阶段,并以双向扩散为主。其中,径向阶段呈以注浆孔为中心的圆形扩散,双向阶段呈两边对称的面状扩散。基于实验结果,求解浆液无压阶段的扩散距离公式,并对有效性进行验证。得出两个阶段浆体形态的简化描述模型,并推导不同扩散时间不同位置的浆体厚度计算公式,阐明无压注浆阶段的浆液扩散规律。基于研究结果对覆岩隔离注浆充填在...     

覆岩离层分区隔离注浆充填减沉技术的理论研究

分析了关键层下离层动态发育对离层充填的影响,针对目前离层区充填工艺不能阻止覆岩关键层初次破断的问题,提出了“覆岩离层分区隔离注浆充填”技术,它综合离层充填与条带开采技术的优点,通过离层区充填置换或减小分区隔离煤柱宽度,使“离层区充填体+关键层+分区隔离煤柱”形成共同承载体,从而达到有效减缓地面沉降的目的,提高了煤层采出率,促进了覆岩离层充填减沉技术的发展.采用数值模拟方法对离层分区隔离注浆充填原理作了进一步证实,并对其适用条件进行了分析.     

覆岩离层带注浆充填基本参数研究

研究了煤矿层状岩体离层带注浆充填水压裂缝延展机理，对注浆压力、注浆范围、注浆量等参数进行了分析，提出了注浆效果的评价方法及工程检测方法，检测现场注浆充填效果的有效方法主要有地表岩移观测、 地球物理勘探及高密度电阻率勘探法。     

覆岩隔离注浆充填技术在新义矿业的应用研究

为解决新义矿业地表村庄压煤问题,对该矿11090工作面实施覆岩隔离注浆填充不迁村技术。通过对注浆减沉原理进行分析,结合矿井地质条件,对相关参数进行预计,在对方案可行性、适用性进行判断的基础上,设计了完善的注浆填充技术方案,并对工程效果进行了预计。该技术可有效改善地表沉降现象,避免村庄的迁移,同时解放压煤资源,实现矿区可持续发展。     

覆岩离层注浆控制地表沉陷技术的应用

介绍了覆岩离层注浆减沉技术的原理,分析了国内外该技术的应用情况,并对各试验点应用该技术取得的效果进行了客观的分析,指出了目前应用该技术可能取得的实际效果,为今后应用这种技术提供借鉴,并提出了煤矿开采减小地表沉陷的可能途径。     

覆岩离层注浆充填保护地面高压线路试验研究

采用覆岩离层充填控制地表沉陷技术对济宁二号煤矿4302工作面开采保护地面高压线路进行了试验研究。针对工作面地质和采矿技术条件,设计了合理的覆岩离层充填实施方案,包括注浆站、注浆井、注浆管路、注浆运行系统及工艺流程。通过对地表及高压线杆移动观测站数据进行分析,得出覆岩离层充填后的地表下沉曲线、地表减沉率以及高压线杆的下沉与偏斜值。试验结果表明,覆岩离层充填后地表减沉效果明显,高压线杆偏斜均未超过其允许限差,高压线路正常运行。     

新义矿业覆岩离层输浆管路缩径机理及防控

为减少输浆管路缩颈影响覆岩离层输浆充填工作,对管路内部缩径机理进行了分析,并开展了相关试验和工程实践,探索输浆管路缩颈预防措施和管路附着物软化与疏通方案。结果表明：管路缩径类型主要有附着型、沉积型和综合型3种,新义矿输浆管路缩颈主要为附着型和沉积型;可通过提高管路光滑程度、改良飞灰成分、提高输浆压力、连续输浆并定期冲洗管路来减少附着型缩径,对沉积型也有一定的效果;0.25 mol/L的醋酸溶液可作为溶剂清洗和疏通输浆管路,效果良好。通过以上措施,能够减少输浆管路缩径现象,确保覆岩离层输浆填充工作顺利进行。     

部分充填采煤技术的研究与实践

对煤矿充填开采而言,如何提高充填采煤效率、降低充填成本是需要持续深入研究的问题。结合煤系层状覆岩移动特点和控制要求研发的部分充填采煤技术,为上述问题的解决提供了一条重要途径。在对我国充填采煤技术发展进行综述的基础上,系统总结了部分充填采煤技术的研究进展,包括：部分充填开采的概念与技术框架,覆岩隔离注浆充填、短壁冒落区嗣后充填、长壁墩柱同步充填等3种部分充填采煤技术的原理、设计方法、适用条件和应用情况。实践证明,部分充填是一种高效低成本充填采煤技术,尤其是覆岩隔离注浆充填,其吨煤充填成本仅为30～60元,单面充填采煤能力可达60～100万t/a,已在淮北矿区得到推广应用。     

采动覆岩卸荷膨胀累积效应

地下煤层开采引起的岩层运动是一系列安全和环境问题的根源,研究采动岩层运动规律是安全、高效、绿色开采的重要基础。通过对岩层运动过程的研究,揭示了采动覆岩卸荷膨胀累积效应及其对岩层运动规律的影响机制。研究表明:采动覆岩经历了卸荷膨胀与再压实的动态过程。受关键层结构控制,上覆岩层由下向上成组破断运动,关键层破断前,阻断了上覆载荷向下方岩层的传递,导致其因卸荷而产生膨胀,包括碎胀与弹性膨胀。随着关键层破断高度增加,覆岩卸荷高度同步增大,因卸荷而膨胀的岩层总厚度不断增大;同时卸荷煤岩也受到已破断关键层载荷的压实作用,从而造成覆岩卸荷膨胀总量的不断变化。将这种覆岩卸荷膨胀总量随覆岩卸荷高度动态变化的现象定义为采动覆岩卸荷膨胀累积效应,进而建立了理论模型,并通过淮北海孜煤矿巨厚火成岩下采煤覆岩裂隙实测进行了验证。结果表明,采动覆岩卸荷膨胀累积效应对采动岩层运动规律产生了重要影响,如影响覆岩关键层下离层量,影响覆岩关键层贯通破断的高度,影响不同开采条件的地表下沉系数等。采动覆岩卸荷膨胀累积效应改变了对离层存在形式的传统认识,该效应的存在导致关键层下最大离层量一般小于采高的10%,覆岩可注浆充填空间并非传统认识上的“离层区”,而主要是注浆充填压力“压实”作用下将覆岩卸荷累积膨胀所转化出的那部分空间,该发现指导了覆岩隔离注浆充填绿色开采技术的创新研发及其在建筑物压煤开采中的成功实践。     

Characterisation of overburden waste and industrial waste products for coal mine rehabilitation

Abstract

This study focuses on the creation of artificial soils from waste products, such as overburden, leftover brown coal, fly ash and compost, for rehabilitation of degraded mine sites acknowledging acid mine drainage. It was found that with the increase in the amount of compost from 2 to 2.5 g in artificial soils, there was an increase in the moisture holding capacity and load bearing capacity from 7.47 to 16.5% and 2.5 to 5.7 kN, respectively. Metals leached from artificial soils under different conditions were found to be below standards limits set by USEPA for leachate in the environment.     

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。