超高水材料袋式长壁充填开采覆岩控制技术研究与应用

系统分析了超高水材料袋式充填开采采场覆岩结构的特点,得出了工作面支架需控岩层范围及其变化特征,揭示了长壁充填开采"支架-围岩"关系,明确了提高充填率是超高水材料袋式充填开采覆岩下沉控制的关键因素。结合亨健矿2515工作面充填开采地质与开采技术条件,开发并实施了隔板布置优化、采空区埋管补注浆充填、离层区打钻补注浆充填等充填率保障技术与工艺。现场实测结果表明,超高水材料袋式充填开采工作面矿压显现缓和、采场围岩破裂范围较小且能有效控制地表下沉:1工作面巷道顶底板最大移近量为258 mm,两帮最大移近量为183 mm,围岩变形较小;2微震监测系统表明,2515工作面超前破裂范围为20~30 m,围岩破裂高(深)度为顶板以上40 m至底板以下10 m,1个月后(推进距离60 m左右)已充填区域微震事件逐渐消失;3地表最大下沉量为265 mm,实测下沉系数为0.06。

1.0m极近距离煤层联合开采矿压规律

针对阳邑煤矿1.0 m极近距离煤层联合开采条件,应用常规错距理论和岩层移动理论,研究了上部工作面采空区走向形成的稳压区和减压区范围,论证得出了1.0 m极近距离煤层联合开采下部工作面仅能布置于稳压区,并给出了上、下煤层工作面联合开采最佳走向错距范围为21～26 m。研究发现,在稳压区域回采的下部工作面采场覆岩形成了"双结构顶板"。矿压观测结果证明:在最佳错距范围内开采,上部工作面采空区形成的残余支压高应力区与下部工作面的超前支压高应力区之间,在推采方向存在2～3 m近原岩应力安全距离,避免了上、下高应力区域叠加,保证了下部工作面在稳压区域内回采,现场实施错距20～25 m,与理论分析接近。阳邑煤矿1.0 m极近距离煤层联合开采成功实施,在理论和技术上为类似条件的煤层提供了可靠的矿压数据和开采经验。

超高水材料在煤矿的系列应用技术

基于超高水材料速凝早强、强度可调、再胶结等基本特性,针对煤炭开采过程中遇到的实际问题,制定了超高水材料制浆输送工艺流程,发明了超高水材料充填液压支架,并将超高水材料应用于充填采煤、沿空留巷、采空区地面注浆加固、采空区防灭火技术、"两步法"注浆改造奥灰含水层等领域。结果表明:在对采空区实施充填开采后,采空区上覆岩层活动较为平稳,没有出现明显的周期来压现象,其充填效果较好;将超高水材料用于采空区灭火,不仅起到隔绝空气的作用,同时也阻止了有害气体的挥发,降低了空气中有毒有害物质浓度,减少了材料用量,降低了充填成本。超高水材料作为一种新型矿山充填材料在煤矿多个领域中的应用技术已基本成熟。

新型高水材料巷旁充填沿空留巷技术

对新型高水速凝材料特性进行了试验分析,将新型高水材料作为沿空留巷巷旁充填材料,利用水力泵送充填工艺,工艺实施过程中充填袋、锚栓、大型自移式充填支架和充填体位置的确定发挥了关键技术作用。在邯矿集团进行了工业性试验,取得了良好的充填留巷效果,沿空留巷巷旁充填技术的可靠性得到大幅度提高,具有很高的推广应用价值。

超高水材料开放式充填开采技术优化与应用

为解决煤层倾角较小时超高水材料开放式充填开采过程中充填率较低的问题,通过现场观测采取抬高充填液面高度的措施提高充填率,并采取沿空留巷和分区域充填的技术措施辅助提高充填率,通过对工作面矿压观测、巷道变形观测、地表下沉观测可知该工艺可以缓解矿压显现强度,极大减少地表下沉及巷道变形。

应用锚网支护技术进行沿空留巷的实践

介绍了康城煤矿采用锚网技术进行沿空留巷的试验情况 ,确定了合理的支护参数 ,有效地控制了巷道围岩变形 。

复杂地质条件综采工作面实现连续开采的技术途径

分析了在地质条件复杂的情况下影响综采工作面正常生产的地质因素 ,介绍了应用多种不同开采技术来实现复杂地质条件综采工作面连续开采的方法和效果 ,并提出 5条建议。

走向长壁采煤法的应用与实践

介绍走向长壁采煤法在煤层复采中的应用并根据应用效果总结了复采工作面的顶板管理经验及矿压特点。

超高水材料采空区充填方法研究

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。

超高水材料跳采充填采煤法地表沉陷规律

为了研究超高水材料跳采充填采煤法地表变形规律及地表沉陷控制效果,以某矿区地表沉降观测数据为基础,研究了充填开采各阶段的地表变形规律;采用关键层理论,并结合FLAC3D数值模拟实验,研究了跳采过程中的关键层破断及地表沉降之间的时空关系,分析了影响地表沉陷的主要因素,评价了地表沉陷控制效果。研究表明,采用该方法在平均埋深340 m,采厚为4 m的近水平煤层开采时,地表最大下沉值为1 174 mm,下沉系数为0.29,减沉率约为62.8%,采出率为89.2%,且下沉盆地范围明显减小。分析可知,充填可大大减小地表下沉量,跳采可控制下沉盆地的形态,有效的保护了地表重要的建(构)筑物。

大断层控制采场水平应力演化与矿震关系研究

以河北某矿典型大断层控制采场为背景,采用理论分析、数值模拟、现场实践等方法,探索大断层控制采场水平应力演化规律及其与矿震发生的关系,并提出相应的减震开采设计方法,建立关键层水平集中力近似估算模型。研究结果表明:开采覆岩破裂运动伴随水平应力释放和转移的演化过程,采场周围存在明显的水平应力"增压(载)区"和"卸压(载)区",持力层的水平应力集中主要来源于覆岩破裂区水平应力释放;水平集中力能够在顶板两端形成"反力矩",阻止其支承端部拉伸破坏并增加极限跨度,是形成关键层大范围悬顶和诱发强矿震的主要原因;采用"窄工作面+条带开采技术+合理开采强度"开采设计,能降低水平应力转移程度,从而实现控制顶板运动和矿震防控的目的。

井下绞车钢丝绳注油器的研发和使用

煤矿井下钢丝绳的润滑是钢丝绳防锈蚀的关键,采用合理经济的方法对钢丝绳定期加润滑油既可以延长钢丝绳的使用寿命,又能为煤矿节约成本。本矿研制了简易、便捷、注油效果好、实用性强、适用广泛的注油器。

沿空留巷锚网索与密集支柱联合支护技术

针对康城煤矿127采区沿空留巷煤层地质条件,基于应力集中区向深部转移、应力分布均匀、提高巷道围岩支护的强度思想,优化了巷内支护、巷旁支护及煤帮加固支护结构和支护参数,提出了锚网索加木柱联合支护技术加强巷旁支护和巷内支护,并进行了支护试验和矿压观测。结果表明:应用锚网索加密集木柱联合支护技术,巷道在留巷及复用期间,顶底板及两帮移近量能够逐渐趋于稳定,能够有效地控制巷道变形,提高沿空留巷围岩稳定性,保证工作面正常回采,可供类似条件沿空留巷支护借鉴。

基于变形监测的采空区注浆加固治理效果评价

为评价采空区注浆加固治理效果,首先根据采空区地质采矿条件,将研究区域按注浆区、注浆影响区和非注浆影响区分区,并在相应区域地表和建筑物上布置变形监测点,获得实测沉降值,再结合注浆钻孔位置,综合分析注浆效果。分析结果表明:以非注浆影响区的平均沉降值为背景值,注浆区地表实测下沉较非影响区减少了68.7%;注浆区建筑物实测下沉较非影响区减少了21.0%,采空区采用注浆加固治理具有显著的减沉效果。

锚网支护技术在巷道围岩加固中的应用

介绍了康城煤矿在半煤岩和沿空留巷的巷道采用锚网支护试验的情况。矿压观测结果表明 。

经济型综采在1262工作面复杂地质条件下的应用

介绍经济型综采在康城矿复杂地质条件下应用成功的过程。

新型高水材料沿空留巷技术的应用与研究

针对煤炭资源回收率低、矿井采掘衔接紧张、下隅角瓦斯治理难度大的难题,邯矿集团陶一煤矿,根据适卷围岩地质条件,提出适应沿空留巷巷道围岩变形特点的巷道支护架,并通过采用ZKD型高水速凝充填材料进行巷旁充填、沿空留巷。该工艺具有操作简单,易于输送等优点,从对留巷表面位移观测可知,两帮位移量平均小于20 mm,顶底板相对移近量300 mm左右,效果良好。

大尺寸高水材料巷旁充填体蠕变特性试验研究

针对高水材料巷旁充填体具有蠕变特性的特点,采用自行研制的大尺寸（1500 mm×600mm×900 mm）蠕变实验系统和FLAC^3D数值模拟软件对其蠕变特征进行了试验研究,分析了高水材料充填体蠕变过程中瞬时、稳定及加速3个阶段位移和应力随时间的变化特征,指出充填体蠕变极限载荷随高水速凝材料水灰比降低而提高;结合充填体在加速蠕变阶段变形速度过大的特点,为确保井下充填体长期稳定,需保证充填体保持在稳定蠕变阶段,认为充填体载荷不超过其强度的70%~80%时较为合理。

超高水开放式充填开采围岩破裂的微地震监测

超高水材料充填开采对于围岩长期稳定性的控制作用，在国内外均缺少相关的研究。以冀中能源邯郸矿业集团陶一煤矿（简称陶一煤矿）充6工作面为背景，采用微地震和围岩应力动态监测相结合的实时监测方法，综合地表沉陷的测量数据，首次对超高水材料开放式充填大面积开采效果进行研究和评价。根据监测结果，在陶一煤矿充6工作面采高3 m、采深约300 m、工作面斜长120 m的条件下，工作面围岩覆岩破裂最大高度为48 m、支承压力影响范围35～40 m，工作面上方地表最大沉陷量为98 mm。结果表明，超高水材料开放式充填能够有效控制围岩破裂范围，减小采动影响，且在仰斜开采工作面运用效果较好。

超高水材料充填胶结体工程特性试验研究

根据采空区内覆岩垮落与充填浆体的空间位置,将超高水材料采空区充填胶结体分为4种基本形态,即纯超高水材料胶结体(Ⅰ类)、下半部是超高水材料和矸石混合材料与上半部是纯超高水材料胶结体(Ⅱ类)、下半部是纯超高水材料与上半部是超高水材料和矸石混合材料(Ⅲ类)、超高水材料和矸石整体混合材料(Ⅳ类),在实验室进行了抗压、抗拉、抗剪等力学参数测试,并通过建立超高水材料充填开采"充填体-基本顶"力学模型,分析了材料属性变化对基本顶垮落步距的影响。研究结果表明,4种不同类型的超高水材料充填胶结体试件在加压过程中,应力-应变变化趋势基本相同;第Ⅳ类材料试件的抗压强度相对最高,比第Ⅰ类充填胶结体提高约20%;第Ⅱ,Ⅲ,Ⅳ类胶结体试件的抗拉和抗剪强度较第Ⅰ类也有明显提高,最大可提高40%和50%。充填胶结体属性变化对基本顶极限垮落步距影响的分析结果表明,超高水材料与矸石混合形成的第Ⅱ,Ⅲ,Ⅳ类胶结体增加了充填胶结体的强度,有利于基本顶的稳定。