煤矿胶结充填开采覆岩移动变形规律数值分析

为分析煤矿胶结充填开采上覆岩层移动变形规律,以新阳矿十采区为工程背景,应用FLAC3D数值软件进行了模拟研究,分析了在不同充填率条件下,在一个回采空间内形成的"煤壁-顶板-充填体"的小结构和多个平行工作面形成的"煤柱-顶板岩层-充填体"的大结构上覆岩层的受力和变形情况。研究结果表明:在单工作面区域内,工作面前方出现增压区,在充填体侧出现减压区,随着充填率的增加,覆岩的移动变形量减小,充填体和工作面前方煤体的支承压力变小;在多个平行工作面区域内,基本顶在煤层倾斜方向上发生了连续弯曲下沉,基本顶的最大下沉量发生在各工作面中点位置;基本顶最大下沉量随充填率的增加而明显减小。     

煤矿连采连充式胶结充填采煤技术与典型工程案例

为了解决煤矿胶结充填开采成本高、充填工艺复杂、采充矛盾突出等问题,研发了可实现采充并行作业的连采连充采煤工艺,研究了不同配比充填材料的流动特性与龄期强度变化规律,提出了适应于不同煤层倾角的充填料浆井下混合与地面混合输送系统,以及相应的工作面密实充填方法,形成了完善的连采连充式胶结充填采煤成套技术。研究了不同充填开采模式影响下,充填采煤过程采场围岩应力动态迁移规律;基于影响充填采场围岩变形的“三量”特征,提出了充填采场覆岩移动“三度”控制原则,即较快的充填速度、合理的采空区充实度与稳定的充填体强度。阐明了煤柱与充填体交替承载控顶机理,揭示了连采连充分步置换煤炭技术原理：煤柱与充填体交替承载控顶可保证稳定的充填空间,分步置换煤柱可保证充填材料具有合理的胶结固化时间,实现采煤和充填互不干扰,工作面可连续的开采和连续的充填,采充最大限度地平行作业,大幅提高胶结充填采煤效率。研究成果应用于内蒙古西部地区4个煤矿-生态园下采煤、复合顶板、处理固体废物、回收遗留大巷保护煤柱,并进行典型工程应用案例分析。现场试验结果表明：连采连充式胶结充填采煤技术在4个煤矿均取得了良好的工程应用效果,可有效控制岩层移...     

朱村矿条带充填采煤可行性分析

朱村矿是焦作矿区开采时间较长的矿井,煤炭资源已趋于枯竭,目前开采位于建筑物下和承压水上的-5煤层,采用膏体充填采煤技术.为了解决采空区膏体全部充填开采成本较高的问题,提出了膏体条带充填采煤技术.以该矿54002工作面作为试验工作面进行条带充填可行性FLAC3D数值模拟,理论分析该矿条带充填的可行性,在提出的4种条带充填采煤方案中找出最经济合理的开采方案,以减少充填开采成本.     

安庆铜矿1#矿体深部残矿回采安全性分析

为了保障安庆铜矿产量的要求,加快矿山深部矿体的开采进度,对1^#矿体深部残矿的回采区域进行了工程调查与安全性评估。结合深部采场底部胶结充填体原位取芯,获得了采场充填强度的分布规律,进而提出了残矿回采布置方案。通过FLAC三维数值软件,对-618m水平以下新规划的采充时序进行模拟分析,从最大主应力云图可知,在残矿采场回采过程中下向揭露的胶结充填体能够保持稳定,表明不留设-618^-640m水平矿柱的回采方案安全可行。根据数值模拟结果,对残矿回采布置方案进一步优化,实现1^#深部残矿安全回采。     

木瓜矿近距离煤层采煤工作面矿压显现研究

为了保证木瓜矿采空区下近距离煤层工作面的顺利开采,必须对近距离煤层下采场矿压规律进行研究。以木瓜矿10-103工作面为例,通过FLAC3D数值模拟技术,对近距离采煤工作面进行几何建模及数值模拟,结合对采煤工作面现场液压支架的应力分布测试分析,得出近距离煤层下10-103工作面的矿压规律。结果表明,通过FLAC3D数值模拟软件能有效的模拟采场矿压的真实情况,为工作面安全开采提供理论依据。     

近距离厚煤层综采工作面安全开采技术研究

为了对木瓜矿近距离煤层下采场矿压规律进行研究,对木瓜矿10-209综采工作面进行了矿压监测,结合FLAC3D软件进行数值模拟,得出近距离煤层下10-209综采工作面矿压规律;提出采煤工作面安全开采的措施及设备选型。实践表明,通过工作面矿压、煤壁片帮监测与FLAC3D数值模拟技术的有效结合,能够模拟采场矿压的真实情况。     

程潮铁矿崩落充填法同时开采巷道群稳定性研究

结合程潮铁矿工程实际,选取胶结充填体强度、回采顺序、过渡带厚度3个影响因素,选用L_(25)(5~6)正交表,采用FLAC~(3D)数值软件对正交实验方案进行模拟运算,分析了各个方案巷道群围岩的应力、位移及塑性区大小。研究结果表明:过渡带厚度对巷道群稳定性影响高度显著,胶结充填体强度次之;遵循经济、安全原则,得出20m厚过渡带、充填体强度2.40 MPa左右、充填采场回采顺序右-中-左为合理方案,且合理方案下采场及过渡带均满足安全性要求;距过渡带0~55m范围内的巷道群受充填采矿的影响最严重,为指导矿山安全生产提供了理论依据。     

中兴矿近距离煤层采空区下沿空留巷技术实践

本文以中兴矿1204下工作面近距离煤层采空区下沿空留巷为工程背景,通过FLAC3D数值模拟对上煤层回采后,本煤层中掘巷、一次回采巷旁充填、二次回采等过程中围岩应力分布规律进行了研究,进而提出了充填成型、巷内基本支护和加强支护的围岩控制方案。通过矿压观测,围岩变形处于可控范围,留巷效果良好,增加了矿井经济效益。     

充填法转崩落法回采首采分段时上部岩体破坏、运移规律

运用FLAC~(3D)数值模拟,研究下向分层胶结充填采矿法改为无底柱分段崩落采矿法回采首采分段回采过程中上部岩体破坏、运移规律。结果表明:随着回采工作面不断推进,上部岩体最大下沉点的位置向回采工作面走向中间位置靠拢;采空区前后两侧应力集中明显在增大,在充填体和氧化矿交界处出现了最大主应力的突变;塑性区在回采方向上随着工作面的推进整体呈现"阶梯形"发育。上部岩体的破坏、运移是导致采场矿山压力显现的根本原因,准确了解上部岩体破坏、运移规律,为控制采场的冲击地压提供依据,同时可为同类矿山开采提供借鉴。     

环工作面电磁法底板突水监测技术

为了监测煤层底板在工作面回采过程中导含水构造裂隙的实时动态发育情况,避免底板突水事故的发生,提出了利用环工作面电磁法对煤层底板突水进行监测的方法技术。通过数值模拟,研究总结了全空间条件下采煤工作面底板不同空间位置异常体在环工作面电磁法观测方式下的响应特征。设计了环工作面电磁法底板突水监测观测系统,并提出了电磁法突水系数的概念。根据底板下导含水裂隙与工作面底板之间距离的大小将电磁法突水系数划分3个等级：突水提醒阈值Cr、突水警告阈值Cw和突水报警阈值Ca。     

承压水上膏体充填开采底板采动破坏特征

为研究承压水上膏体充填开采底板采动破坏特征,以岱庄煤矿11607工作面的采场条件为工程背景,基于FLAC~(3D)数值仿真软件,建立承压水上膏体充填开采流-固耦合数值模型,对充填工作面回采过程中煤层底板的破坏特征进行了研究分析。研究表明:充填开采采动底板的承压水导升高度不明显,煤层底板破坏深度在工作面推进至12.4 m后趋于平缓,且当工作面推进至100 m时达到底板最大破坏深度仅为6 m,理论计算了充填工作面采动底板的最大破坏深度范围为3.83~5.27 m,采用单孔恒定水压法对11607工作面底板进行现场实测,测得底板最大破坏深度为6.50 m,与理论计算、数值模拟所得结果基本吻合。     

刀柱采空区下近距离煤层采动对刀柱失稳的影响

极近距离煤层采用刀柱采煤法开采之后,下部煤层采用走向长壁采煤法进行回采。随着下部煤层工作面的推进,上部煤层遗留下的刀柱逐个失稳,老顶失去刀柱支撑,其悬空的重量将向前方煤柱转移,增大煤柱负担,在重压下,煤柱有可能提前失稳。用理论分析和数值模拟的方法对提出的问题进行了研究。     

近距离煤层刀柱采空区下长壁采场顶板结构稳定性研究

近距离煤层的上部煤层采用刀柱采煤法回采后,下部煤层采用长壁采煤法进行回采。对于近距离煤层,随着煤层间距离的减小,上下煤层间开采的相互影响加大。通过对上部煤层残留煤柱破坏特征的数值分析,并对下部煤层工作面顶板稳定性的研究,得出了下部煤层回采工作面顶板结构的稳定性特征。     

王河矿矸石充填岩层移动特征规律研究

为了研究王河矿回采工作面在矸石充填过程中岩层及地表的移动特征规律,根据工作面上下覆岩力学性能和充填体力学性能等参数,运用岩石破裂过程分析软件RFPA,对不同强度充填体全部充填和部分充填条件下的覆岩运动、关键层弯曲下沉及地表变形特征进行数值模拟,数值模拟的结果可为采空区充填方案的选取提供参考。     

胶结充填体对二步矿体作用机理分析

为研究胶结充填体对二步矿体的作用机理,以新城金矿782、792和802 3个一步采场为研究对象,运用FLAC3D数值模拟软件,对一步采场从第3分段开挖充填到第5分段开挖充填中胶结充填体的作用机理进行模拟研究。结果表明：从一步采场第3分段到第5分段开挖充填,二步矿体内的应力值比胶结充填体内的应力值大5～6倍。792采场胶结充填体与二步矿体接触面上产生的塑性区以受拉破坏为主,782、802采场胶结充填体与二步矿体接触面上的塑性区由剪切破坏产生,深度基本保持在1 m左右。一步采场回采至11分层后,顶板沉降量加快,需对顶板进行支护处理,以保证回采安全。     

综放开采工作面下覆煤层采空区探测及充填加固技术研究

本文以6303综放工作面回采为工程背景,采用钻探方法确定下覆9#煤层采空区位置,并通过理论及数值模拟技术对工作面回采期间底板稳定性进行分析,给出采空区加固技术方案并进行工程应用。研究发现：(1)工作面回采后底板塑性区与下覆采空区顶板联通、底板稳定性较差,而对采空区进行加固后工作面底板稳定性得以明显提出;(2)在分析现有加固材料基础上,发现空巷充填材料不仅可满足采空区加固需要,而且可降低加固成本、加固工程施工量;(3)结合6303综放工作面回采巷道及探测巷道布置情况具体给出加固钻孔布置方案、充填工艺及安全技术措施等。工程应用后,6303综放工作面回采过下覆9#煤层采空区时工作面底板及综放设备等保持稳定,开采设备、顶底板、矿压等均未出现异常,表明采用的加固技术效果显著。     

冲沟地貌间隔式煤柱下应力分布规律的研究

以陕西南梁煤矿间隔式采煤方法回采浅埋冲沟地貌下极近距离煤层上组煤为研究背景,采用理论、数值计算方法分析上组煤遗留间隔式煤柱对下组煤顶板中应力分布规律的影响。运用RFPA数值软件模拟上组煤层开采,分析间隔式煤柱弹性核区应力分布规律,结合弹性力学半平面无限体理论与工作面顶、底板岩性、回采工艺参数等,分析间隔式煤柱下底板中应力分布规律,同时统计并分析了组合煤柱个数对应力分布影响。     

含水层下矸石充填提高开采上限方法与应用

基于矸石充填采煤控制采动裂隙高度发育的原理,采用FLAC3D数值模拟软件研究了矸石充填采煤导水裂隙带发育高度的变化规律,利用统计分析软件SPSS建立了基于采高与充实率的多元线性回归矸石充填采煤导水裂隙带发育高度计算模型,进而提出了含水层下矸石充填提高开采上限的确定方法。结果表明:在采高小于3.5 m,充实率达到85%条件下,开采上限可由-300 m提高至-255 m,多回采煤炭资源182.6万t。经五沟煤矿矸石充填采煤工作面试验,采用钻孔冲洗液漏失量监测法,得到实测导水裂隙带发育高度仅为10 m,与理论计算结果相吻合。     

马堡煤矿浅孔注水预排瓦斯试验

为了防止回采期间采煤工作面瓦斯超限,分析了煤层注水驱替瓦斯的基本原理,基于渗流力学建立了煤层注水气-液两相流驱替理论与控制方程,运用RFPA2D-flow数值模拟软件,建立了煤层注水驱替瓦斯数值模型,模拟结果显示,采取注水措施后,可以有效增加煤体渗透率,改善煤体应力环境。通过在马堡煤矿8208综采工作面进行了浅孔注水预排瓦斯试验,结果表明,采取煤层浅孔注水措施后工作面瓦斯得以在检修和交接班时间得到均匀释放,回采期间瓦斯涌出平均浓度降低了0.1个百分点,有效控制了工作面落煤和煤壁瓦斯涌出,改善了安全作业环境,具有良好的应用前景。     

上覆煤层煤柱下采掘工作面应力分布规律研究

针对回采巷道布置在上覆煤层煤柱下的空间特点,利用FLAC3D数值模拟软件对老石旦煤矿031604综放工作面和031604工作面对接巷道以及上覆的9#、12#煤层的煤柱应力集中区的应力分布情况进行研究,通过数值模拟对上覆煤层煤柱下采掘工作面应力分布规律进行了详细的研究分析,并采取了针对性的防范措施,保证了工作面的安全高效地回采。