尾矿充填料浆电渗脱水固结实验

设计了尾砂充填料浆电渗脱水固结实验教学装置,以自然脱水为对照,开展不同初始条件下的充填料浆脱水固结实验。通过监测实验过程中充填料浆的脱水量、浆面沉降高度、温度、电流以及检测尾砂充填体试块强度,对比分析充填料浆在不同条件下的脱水固结性状,研究通电对充填料浆脱水固结过程的影响。本实验有助于采矿工程专业学生与研究人员进一步了解尾砂充填料浆特性,掌握充填料浆电渗脱水方法。     

尾砂充填料浆电渗脱水固结实验

本文设计了尾砂充填料浆电渗脱水固结实验教学装置,以自然脱水为对照,开展不同初始条件下的充填料浆脱水固结实验。通过监测实验过程中充填料浆的脱水量、浆面沉降高度、温度、电流以及检测尾砂充填体试块强度,对比分析充填料浆在不同条件下的脱水固结性状,研究通电对充填料浆脱水固结过程的影响。本实验有助于采矿工程专业学生与研究人员进一步了解尾砂充填料浆特性,掌握充填料浆电渗脱水方法。     

孔隙水压对充填体性能的影响

为探究大水矿山充填体的力学性能变化,将充填体试块置入高压水体中使其内部形成孔隙水压,研究孔隙水压下充填体的抗压强度、抗拉强度和含水量等指标的变化。试验以孔隙水压、浸入时间、充填配比和料浆浓度为主要影响因素,开展29组充填体强度试验。方差分析表明,料浆浓度和充填配比对充填体抗压强度影响极显著,孔隙水压影响显著;浸入时间对充填抗拉强度影响显著。相同充填配比和料浆浓度下的充填体抗压和抗拉强度随孔隙水压和浸入时间增长而下降,其中抗拉强度下降幅度较大。充填体含水量随孔隙水压增大而增大,增长趋势和充填体强度增大趋势相吻合。     

矿山胶结充填料浆离析程度检测与评价方法研究

以直径为100 mm、高度300 mm的圆柱试模为标准模型,以矿山充填常用砂灰比4、6、8、10为标准配比制作充填体试样,固结后在试样不同部位取样,并检测该部位充填体中水泥含量,通过对比不同部位充填体中砂灰比与设计砂灰比的差异来评价充填料浆离析程度。在上述试验的基础上提出了充填料浆离析程度评价指标离析度ε,并通过大量试验数据将矿山充填料浆离析程度划分为5个级别。充填料浆离析程度定量表征方法及指标的提出,对矿山充填质量评价与管理具有重要意义。     

葛亭煤矿断层活化导水数值模拟研究

针对不导水断层在采动条件下发生活化导水的现象,根据裂隙介质水动力学和弹性力学理论进行分析,当断层原始导升带附近水压大于裂隙法向应力时,原本闭合的裂隙张开,或者被充填物充填的裂隙张开度变大,从而使充填物被水冲走,断层导水性增强,直至突水。应用离散元软件UDEC建立了3种断层活化模型,结合现场注水试验和工作面实际开采情况进行研究,结果表明:断层原始导升带附近水压大于裂隙(主要指与围岩最小主应力方向垂直的裂隙)法向应力是断层活化导水的必要非充分条件。     

考虑温度影响的充填料浆水平管流特性研究

为探究不同温度下充填料浆水平管流特性,开展了流变实验以获取不同温度下充填料浆流变参数,基于流体力学理论提出了充填料浆管道输送基本假设,利用COMSOL软件建立水平管道模型,分析了温度对料浆流态、流速、管道压力及管输阻力的影响.结果表明,温度升高,充填料浆塑性黏度和屈服应力降低;料浆在管道输送过程中壁面附近呈剪切流动,中...     

大空区嗣后尾砂充填挡墙强度模型与应用

充填料浆因工艺和时序不同具有较为复杂的物理力学性质,使得合理计算充填挡墙受力较为困难,根据尾砂非胶结充填工艺充填料浆物理特性及其时效性质,结合松散介质理论和边坡滑切理论,对挡墙强度进行受力原理分析,建立了理论计算模型。将充填工艺及其时序状态分为三类,以每类型结合充填循环分为两种工况为边界条件,获得不同充填工况下挡墙受填料作用的侧向压力、总压力等的计算公式,同时结合某铜矿空场嗣后充填工艺,应用模型计算同传统计算模式、实测值进行对比分析,验证了所提模型的合理性,认为充填料对挡墙的作用压力同填料含水率、充填高度和边界摩擦等因素密切相关,而初次充填量和循环时间对挡墙优化非常关键,多层充填方式结合料浆的具体配比及充填时间进行计算,分析挡墙受力状态和结构,更符合实际。     

矿山压力下断层破碎带的导水性研究

为了探讨断层带充填破碎岩石条件下的导水性,实地采集岩样,配制了全砂岩、砂泥岩含量2∶1、砂泥岩含量1∶2等3组实验样品,模拟实际的矿山压力和渗流水压等条件,测量渗流速度,计算渗透系数。结果表明破碎岩石的泥质成分越高,则相同条件下的渗透系数越小;在相同的矿山压力条件下,破碎岩石的渗透系数与渗流水压呈非线性反比例关系。认为断层带破碎岩石中含粘土矿物较多时,岩石易吸水膨胀、软化,增加对地下水渗流的阻碍作用;瞬间施加的渗流水压使样品被压密,导致孔隙被压缩,表现为渗透系数减小;实验成果可用于近似判断断层破碎带的实际渗流特性,可合理解释某些矿区断层发育、承压水头高但却不导水的现象。     

金属矿山露天坑尾砂胶结充填治理

以石人沟铁矿露天采坑为工程背景,采用理论分析与数值模拟联合手段,提出了利用地下三期富余的尾砂胶结充填治理露天采坑的合理方案。给出了各等级充填料浆灰砂比和浓度、充填总高度、阶段高度、分层高度、不同阶段充填料浆灰砂比等方案结构参数确定的方法与原则,制定了充填治理过程中的安全控制措施。确定了露天采空区充填料浆灰砂比为1∶8、1∶10、1∶20 3个等级,料浆浓度为70%,充填高度为80 m,阶段高度为20 m,分层高度为1.5 m;4个阶段充填料浆灰砂比为1∶8、1∶8、1∶10、1∶20。方案实施后既能消除露天采坑安全隐患问题,又能避免尾矿库建设难题,也为露天采坑的恢复治理奠定了基础。     

基于扩散度方法的全尾砂充填料浆流动性影响因素研究

针对国内某铁矿井下充填工作遇到的料浆流动性调解问题,引入扩散度表征流动性的方法,对该矿山充填料浆进行实验分析。通过设计不同浓度、不同灰砂比以及不同胶固粉的料浆扩散度对比实验,得出3种因素对充填料浆流动性影响大小排序为料浆浓度灰砂比胶固粉。研究结果为矿山井下充填料浆的调解提供参考。     

综合机械化矸石充填开采导水裂隙带发育高度研究

对不同试样的矸石充填材料进行压实测试,得出了应力-应变曲线及最佳配比方案,根据等价采高模型理论,计算了某试验矿井矸石充填开采时的导水裂隙带发育高度,提出了给矸石充填体施加一初始压实力可以极大地提高其抗压性能,进而有效地减小覆岩裂隙的发育高度,并采用数值模拟研究了不同压实性能的充填材料的导水裂隙带发育高度情况。研究结果表明,优化充填材料配比,增加初始压实力和提高采空区充填率都可以有效地减小导水裂隙带发育高度。     

深部开采构造型突水危险性数值模拟分析

本文以三山岛金矿为工程背景,利用FLAC3D数值软件建立矿井深部开采流-固耦合数值模型,采用房柱式交替向上充填采矿法,在模拟采动条件下,尤其是采场通过F3断层时,矿体、充填体内渗流场以及塑性区的演化过程,对矿井不同开采时段、不同开采区域的突水危险性进行分析.试验结果表明:①距离断层较远时(-825 m-1盘区),随着回...     

矸石粉替代粉煤灰膏体充填材料性能研究

针对传统煤矿膏体充填材料对粉煤灰的需求量较大、成本较高的问题，研究矸石粉替代粉煤灰作为辅料时的膏体充填材料性能，采用正交试验方法以及MATLAB进行线性回归预测和3D可视化模型的建立，分析水掺量和水泥掺量对膏体充填材料流动性和力学性能的影响规律。试验结果表明：随着水泥掺量的增加，充填料浆流动性缓慢下降，同龄期抗压强度也持续缓慢增加，且1～3d变化较明显，3～28d变化较小|水掺量是影响流动性的主要因素，尤其是对充填料浆的扩展度的影响最为明显，随着水掺量的增加，同龄期抗压强度在显著减少，且龄期越长，结果越为明显。综合分析得出最优配比为15%水泥掺量，23%水掺量的充填材料，既满足充填强度要求也满足膏体的流动性要求。     

煤层开采底板承压水导升模拟试验系统研制与应用

为深入分析煤层底板承压水导升规律和直观展现突水通道形成过程,基于现有的二维相似材料模拟试验台研制了煤层底板承压水导升模拟试验系统。该系统包括二维相似模拟试验台(改造后)、承压水加载系统、承压水导升系统和计算机监测系统。运用研制的系统进行了尺寸为1 900 mm×220 mm×1 800 mm的模型铺设、开挖及监测。试验结果表明:该系统将柔性水囊、导水脉络和突水口组合成一个整体,避免了一般模型底板加载压力不均衡,解决了含压水箱与模型之间的密封难题;在水压达到0.03 MPa条件下,随着工作面推进距离增大,承压水导升高度不断升高,采空区中部出水量最大,导升高度最高;承压水沿阻力最小、距离最短的线路突出,且突水通道形成呈现突发、干脆特点;底板岩层受采动矿压和承压水水压产生的压剪作用,应力值出现"负—正—负"变化趋势。     

采动断层活化引发突水机理研究

 根据山东兖矿的工程地质条件及水文地质条件,特别是由于井田范围内构造较复杂,断层发育,受到断层的切割作用,本文采用相似材料模拟实验的手段,进行采动断层活化突水的观测与分析,探索突水发生的根本原因——断层两盘的相对位移（断层活化）导致煤层顶底板突水。主要从地层沉降变化情况、煤层顶板岩层导水裂隙带高度变化情况等方面分析了断层活化突水的可能性。采动后断层活化的相似模拟试验有助于优化断层防水煤柱的留设宽度、制定合理的开采方案,在开采中提高生产效率并避免矿井突水事故的发生。     

全尾砂充填脱水模拟试验研究

为解决尾砂利用率低下的问题,金山湾家坞矿区拟采用全尾砂来替代原有的废石和分级尾砂充填。基于此,需要对全尾砂中大量水进行脱水处理,因此开展了全尾砂充填脱水模拟试验研究,旨在探索出一条全尾砂充填快速脱水的有效途径。通过对定高度和不定高度分次充填渗透脱水情况进行试验研究,检测了渗水量、脱水含泥情况、脱水尾砂含水率等试验参数,探究出了金山金矿全尾砂脱水规律,建立起金山全尾砂滤水管渗透脱水的经验模型,为井下特大空区群充填脱水提供了技术支撑。     

开采沉陷中不同断层活化模式研究

当工作面上覆岩层中含有断层时,地表下沉规律与不含断层时具有显著差别。为了研究开采沉陷中断层活化机理,通过理论推导将开采沉陷中断层活化分为"断层面产生离层空间"、"煤柱压缩"两种断层活化模式并分别利用数值模拟和现场实例进行了验证。研究结果表明:①采动将造成断层面产生离层空间,离层空间以下沉系数等于1传递给松散层造成断层露头处地表产生台阶下沉,影响断层离层空间的主要因素有工作面推进长度、基岩厚度、保护煤柱宽度、煤层厚度、断层倾角、断层是否含水、断层带岩体内摩擦角及黏聚力等;②断层面离层空间随着工作面推进长度的增加而增加,当工作面推进一定长度时不再变化;断层面离层空间随着基岩厚度的增加而线性增加;断层面离层空间随着保护煤柱宽度增加而减小;断层面离层空间随煤层厚度增加而线性增加;断层面离层空间随断层倾角增大而增加;断层带岩体原生水的存在对断层面离层空间产生具有促进作用;断层面离层空间随断层带岩体黏聚力和内摩擦角的增加而减小;③工作面主要影响角和断层倾角的大小关系控制"断层面产生离层空间"模式断层活化,当断层倾角大于主要影响角并与主要影响角在基岩内相交时,断层将活化;④当断层倾角小于主要影响角时,工作面超前支承压力影响范围控制"煤柱压缩"模式断层活化,当工作面超前支承压力接触断层时,断层将活化。     

膏体充填综采底板破坏规律与实测研究

针对承压水上煤炭资源安全开采的难题,以河南焦煤集团朱村煤矿承压水上膏体充填开采为工程背景,采用理论计算、数值模拟分析和现场实测的方法,研究了膏体充填开采底板破坏规律及演化特征,并对膏体充填开采底板破坏范围和突水性进行了预测研究,揭示了膏体充填开采控制底板破坏的力学机理。研究表明:煤矿底板破坏深度随采高的增加而逐渐增大,但当增加到一定高度(1.8 m)后,底板破坏深度趋于某一相对稳定值;膏体充填综采可使得底板破坏深度由垮落法开采的12.0 m左右,减小到2.0 m左右,突水系数由0.19~0.56减小到0.08~0.20;实测表明:膏体充填综采完整区域底板最大破坏深度约4 m,断层影响处底板最大破坏深度范围为10.0~12.0 m,膏体充填综采过程中未出现突水灾害。膏体充填综采相当于降低了煤层采高,相对增加了底板隔水层厚度,有效提高矿井开采的安全保障度。     

新型高水材料充填开采试验研究

基于煤炭传统开采方法存在压煤量大、开采成本高、环境危害大等问题,提出了绿色充填开采方法。通过理论分析、数值模拟及现场工业试验等多种手段,对新型高水材料充填开采的工艺及试验效果进行了分析研究。研究结果表明:新型材料强度高、流动性好可实现自流充填;充填系统由管路自流将采空区充实并支撑围岩,实现了系统高效稳定的运转模式;“采一留三”开采方案实现了开采的安全性,降低开采风险;充填管路内径大于141 mm、管路压力高于15 MPa,保证了管路安全高效的工作;充填开采矿压显现微弱,起到了显著的顶板控制效果,改变了传统垮落法的顶板破断规律。