煤矿高水膨胀材料充填开采技术应用研究

煤矿充填开采工艺以其鲜明的绿色环保及物料综合利用的优势,在煤矿中得到日益广泛的应用和发展。该文针对具体矿井工作面的实际情况,采取充填条带开采,能有效控制地表沉降,并取得了良好的效果和经济社会效益。     

高水膨胀材料充填采煤试验研究

为在王庄煤矿进行充填采煤,研制出具有高水膨胀特性的充填材料并对采空区充填系统工艺进行了研究。该材料具有膨胀性能好、固化时间短、早期强度高、可自流输送等特点。材料2 h内呈液态并具有良好的流动性,可自流输送;2 h后开始固化并伴随体积膨胀,能够实现主动接顶支护;12 h单向抗压强度达0.5 MPa;28 d单向抗压强度达2.2 MPa。结果表明:采用该高水膨胀材料充填开采后,采煤工作面超前压力峰值大幅减小,矿压显现不明显;充填区域顶底板移近量最大仅为20 mm;工作面对应的地表最大下沉值为5 mm。     

高水充填开采技术

应用充填技术对不同方法下的顶底板移近量和矿山应力进行了观测,工作面无周期来压和明显的矿山压力显现现象。充填开采能够及时支撑顶板,使其上覆岩层形不成垮落带,保护了生态环境。     

高水膨胀材料条带充填开采研究

详细介绍了高水膨胀材料的特性及应用效果。根据王庄煤矿五采区的地质采矿条件,结合关键层理论,提出了条带充填开采方案,并进行了相关参数的设计,确定充填步距和充留宽度。分别设计了面积充满率为52%,62%和73%三种方案,地表移动计算结果表明:三种方案地表下沉均控制在200mm以内,水平变形控制在1mm/m以内,通过采用高水膨胀材料条带充填能有效控制地表移动和变形,保护地表建(构)筑物。     

我国目前煤矿充填开采技术现状

分析了我国顶板控制方法,提出充填控制方法将是资源与环境友好开采的好途径。总结了目前我国两类充填方法,一是巷柱式充填法;一是长壁式充填法。认为充填开采要推广须进行部分充填、可控制性下沉理论研究,在减少充填材料消耗的同时,尽可能降低充填工艺对回采的影响,并使地表下沉在合理的范围内,从而为充填设计提供理论指导;同时要研发充填材料与装备,如输送机、充填支架等。     

陶一矿超高水材料充填开采试验研究

 针对邯郸矿业集团各矿“三下”压煤量大、煤炭资源采出率低的现状,在陶一矿进行了超高水材料充填开采技术研究与试验。在该技术中,选用超高水材料构筑采空区充填体,发明了与该材料性能配套的充填方法,并研制了大流量制浆充填工艺系统。结果表明：应用该技术可以有效地控制采空区上覆岩层的活动和地表的沉陷,解放“三下”压煤,延长矿井服务年限,产生极大的经济和社会效益。     

高水材料充填置换开采承压水上条带煤柱的理论研究

针对山东埠村煤矿911采区开采条件,提出了利用高水材料充填方法对承压含水层上已经开采的条带煤柱进行二次置换开采的技术思路。从充填体稳定性以及置换充填开采对底板破坏的影响等方面分析了其技术可行性,确定了采区高水材料充填置换开采承压水上条带煤柱的合理方案,即首先对条带老采空区（平均采宽15 m）进行充填,待其充填体强度达2.2 MPa后对条带煤柱（平均留宽20 m）进行回收,回收过程中每间隔一个条带煤柱进行一次充填,该方案共需要充填体体积占采区采出煤层体积的65.6%。     

膏体充填开采煤层覆岩压力规律的研究

膏体充填开采既是解决"三下"开采问题的重要技术途径,也是我国顶板控制最有效的方法之一。膏体充填开采技术应降低充填工艺对顶板的影响,并使地表下沉在允许的范围内,同时尽可能减少充填材料消耗,从而为充填设计提供理论指导。本文对充填材料进行选择、对比试验以及可行性分析,介绍了充填开采的充填方式,即全采全充法和间隔充填法,模拟两种充填采煤方法的矿山压力显现,研究煤层覆岩移动规律,指出膏体充填开采方法的优越性和发展前景。     

充填法开采充填支架与围岩关系研究

通过建立力学简化模型,分析了充填法采煤方式下充填支架与围岩的关系。研究发现:充填采煤方式下,由于充填体起到支撑直接顶和基本顶的作用,直接顶的初次垮落步距增大,采场周期来压现象不明显,对地表的破坏程度降低。同时,通过对直接顶载荷的估算,为充填支架的设计和应用提供了依据。     

高水充填材料沿空留巷技术应用研究

杨庄煤矿7828综采工作面轨巷具有采高小、顶底板与煤体均较为松软及沿空留巷距离长特点。为了能在此条件下进行沿空留巷,进行了高水速凝充填材料机械化构筑充填带沿空留巷技术应用,取得了成功。     

粉煤灰高水短壁部分充填技术研究与实践

针对承压水上、建筑物下开采技术难题,在系统分析粉煤灰高水材料特性、充填工艺和禁止井工煤矿使用的设备及工艺目录(2008年第2批)"巷道式采煤"的基础上,通过理论分析、室内试验及现场实测等方法,对粉煤灰高水短壁部分充填工作面设计及围岩控制下效果进行了系统研究。主要结论包括:1对粉煤灰高水充填材料发泡机理、材料特性、充填工艺进行了分析;2提出了短壁部分充填工作面设计方法及采-充程序及工艺,数值模拟表明50 m充填联合支撑体与20 m采空区底板塑性区范围为6~8 m,顶板塑性区范围10~12 m;3充填体密实性、原位强度和安全系数表明,充填体与顶板接顶率大于95%,原位强度1.93 MPa,安全系数6.8,粉煤灰高水充填体联合支撑体系能够保持围岩稳定;4充填体和底板变形监测表明,短壁部分充填采场顶板最大下沉量80 mm,底板最大破坏深度8 m,底板隔水层厚度在安全范围之内。在埠村煤矿9111工作面进行了现场实施,相关研究成果可以对类似条件下的煤炭开采提供参考。     

超高水材料采空区充填工艺与方法研究

为解放建筑物下压煤,结合超高水材料的基本性能,研究出超高水材料采空区充填开采技术。该技术包括开放式、袋式、混合式和分段阻隔式4种充填方式,对各种充填方式的充填过程、优缺点及适用条件进行了分析。结果表明：在井下潮湿、低温、封闭的环境中,超高水材料是一种理想的采空区充填材料;该材料及相应的充填开采方法是未来采空区充填开采技术的发展方向之一。     

获各琦铜矿充填采矿法探索及应用

由于铜矿采场矿体包含诸多不可预见性的节理、裂隙、断层等结构弱面,容易引发采场顶板跨落,造成矿石损失和重大安全隐患,增加了矿山安全工作的难度。通过分析,获各琦铜矿中两步回采方法在生产技术上可行、经济上合理、安全上可靠,可在品位高、矿体夹石少的矿房中全面推广应用。     

破碎围岩预控顶分段嗣后充填技术研究与实践

针对破碎围岩稳定性差、深部矿压显现剧烈等难题,结合大尹格庄金矿现有采矿工艺,提出预控顶分段嗣后充填技术。在阐述预控顶分段嗣后充填技术特点、施工工艺、技术关键的基础上,采用正交实验优化充填材料配比,重点采用理论分析和数值模拟相结合的方式优化设计采场结构参数。实践表明,预控顶分段嗣后充填技术在各矿得到广泛应用,效益显著。     

膏体充填回收孤岛煤柱围岩控制技术研究

随着煤矿的长期开采,各种孤岛煤柱的安全、高采出率回收成为矿井亟待解决的难题。针对朱村矿东一下山保护煤柱回收难题,采用膏体充填法进行回采。分别从工作面液压支架与围岩的相互作用关系及支护强度要求、充填期间“充填体—上覆岩层”支撑结构体系的稳定性和充填体强度要求以及充填率对地表开采沉陷的影响3方面进行了分析研究。通过采用膏体充填开采,工作面巷道围岩稳定,上覆岩层无明显裂隙离层发育,表现为随工作面开采整体缓慢下沉状态;按开采高度2.5 m计算,地表下沉系数为0.137,地表建筑物在Ⅰ级损坏之内。     

村庄下膏体充填开采技术应用研究

朱村矿进入后期生产后,可采储量少,村庄建筑物下呆滞储量多,为进一步挖掘储量,延长矿井服务年限,采用膏体充填开采技术。理论分析了朱村矿充填开采后隔水层厚度和底板最大破坏深度,根据朱村矿的地质条件,选择了合适的充填材料及充填工艺,并在54采区进行工业性试验。实践表明:工作面采用膏体充填后,巷道顶底板变形量小,工作面直接底破坏深度小于5 m,能够有效防止底板L₂灰岩强含水层突水,随着充填技术的成熟,地表沉陷量逐渐减小,地表建筑物的破坏控制在Ⅰ级范围内,充填效果良好。     

大倾角大采高煤矸互层顶板失稳规律及对支架的影响

为研究大倾角大采高煤矸互层顶板失稳规律及对支架的影响,以新疆焦煤集团2130煤矿25213工作面为研究对象,采用物理相似模拟实验、Rhino+Kubrix+FLAC 3D相结合的数值模拟及现场实测的方法,深入分析了大倾角大采高工作面不同夹矸层数、厚度下煤矸互层顶板失稳规律与顶板-支架相互作用特征。结果表明,煤矸互层顶板破坏是由于倾斜中部、靠近支架的煤线先产生局部压剪破坏,随之向附近软煤夹层、夹矸扩展,导致顶板非均衡破坏,诱发架前冒顶、煤壁片帮等现象。大倾角大采高煤矸互层顶板工作面支架工作阻力、顶板最大主应力及顶板变形均呈明显的非对称性,且随着夹矸层数增加,支架上方煤矸顶板集中应力影响范围、围岩变形影响范围及塑性破坏范围均有所增大。煤矸互层顶板支架与围岩有顶板与支架正接触、破断顶板作用于支架掩护梁、架间相互作用等3种作用特征。较一般顶板的大倾角工作面,煤矸互层顶板对支架作用力明显减小,支架工作阻力整体呈倾斜中、下部大于上部的特征;支架非对称受载表现为前柱侧向载荷大于后柱,但随夹矸厚度的增加,顶梁受载程度趋于均布化。结合研究结果,提出了缩短空顶时间、分区域控制、超前预爆破及工作面实时矿压监测等一系列大倾角大采高煤矸互层顶板稳定性控制措施,其中,重点控制工作面倾斜中部煤矸互层顶板的稳定性,来保证工作面的安全高效生产。     

厚煤层大采高工作面无煤柱开采技术研究及应用

为提高晋煤集团长平煤业Ⅲ4303大采高工作面采出率,采用无煤柱开采技术,通过实验室试验、理论分析与工业性试验相结合的研究方法,对大采高工作面无煤柱开采技术进行研究,根据柔模混凝土力学性能试验结果知柔模混凝土的强度高于普通混凝土强度,标准养护28d时抗压强度为38.3MPa,结合Ⅲ4303大采高工作面的具体情况,确定巷内采用“锚网索+波纹钢带”联合支护,巷旁C30柔模混凝土宽度为1.5m,并采用理论分析验证巷旁充填体的承载能力。通过工程实践表明：无煤柱开采技术实施后,Ⅲ4305工作面回风巷顶底板及两帮的最大移近量分别为220mm和240mm,保障了巷道围岩的稳定|带来的煤柱效益为1.02亿元,提高了矿井的生产效益。