膏体充填开采条带煤柱覆岩稳定效应研究

针对膏体充填开采回收矿井条带煤柱中的覆岩稳定性问题,以许厂煤矿建筑物下条带煤柱开采为工程背景,采用理论分析、数值模拟和现场实测的方法,研究了膏体充填回收煤柱时的覆岩"活化"机理、顶板运移规律及覆岩稳定性影响因素。研究结果表明:采空区在外力扰动下会产生空洞、裂隙,随着岩块结构的演变,其对采场覆岩支护体系造成破坏,可通过控制充填体强度、充填率、充填步距及支护强度来改善采场围岩支护体系,要求充填体早期强度应大于0.13 MPa,而后期强度可按照与充填体宽度变化规律进行适当调整;模拟试验结果发现:覆岩及地表下沉曲线峰值位于条带煤柱中部区域,顶板最大下沉量为1 200 mm,邻近采空区覆岩"活化"程度达到最大;采取膏体充填开采回收煤柱,巷道矿压显现不明显,工程应用中取得了良好效果。

煤矿膏体充填矿压显现规律的充实效应研究

为了研究充实率对采场覆岩运动规律的影响,以岱庄矿为工程背景,首先对充填体特性进行了测试,然后利用Midas/GTS-FLAC^(3D)耦合模拟技术构建了2351工作面膏体充填开采的数值分析模型,模拟研究了采场在充实率为0、80%、85%、90%、95%、100%时的矿压显现规律。结果表明:充填体能有效抑制采场覆岩的移动和变形,充填采场的覆岩一般只出现裂隙带和弯曲下沉带;充实率越高,支承压力同比越小,前方煤体和后方充填体的峰值应力位置距离工作面越近;当采场充实率为100%时,与非充填开采相比,采场塑性区宽度约为原来的5%,支承压力为原来的50%以下。可见,采场覆岩运动的充实效应非常显著,工程实际中应尽可能地使采场充填接顶,以保证充填质量和开采安全。

大断面半圆拱煤巷围岩松动圈厚度测定及分布规律

为研究直墙半圆拱煤巷松动圈的分布规律,运用力学分析和应力波理论对松动圈形成机理进行了解释,以某矿11713回风巷为工程实例,采用Midas/GTS-FLAC^(3D)耦合模拟技术对松动圈形成过程进行了模拟,得出该类型巷道松动圈呈"蝴蝶"形,同时定义了数值模拟中松动圈厚度的计算方法。为验证模拟结果的可靠性,运用超声波测试法对该巷松动圈厚度进行了现场测定。结果表明:松动圈厚度实测值为1.8~2.0 m,与数值模拟得到的2.0 m非常接近,围岩类别为Ⅳ,巷道支护方式由U型棚支护改为锚联网支护,支护能有效控制围岩变形,可以在工程中推广应用。

基于等价采高模型的膏体充填开采沉陷预计

为了对膏体充填开采后地表沉陷规律进行研究,根据膏体充填开采的现场实践及充填材料的组成情况,建立了适合于膏体充填开采的等价采高模型。模型中等价采高由充填前顶底板移近量、充填欠接顶量、膏体充填体的收缩量及压缩量组成,计算公式中含有泌水率、膏体充填体的压缩率等参数。将建立的等价采高模型与概率积分法结合,对许厂煤矿130采区北翼保护煤柱采用膏体充填开采后产生的沉陷进行预计,结果表明膏体充填开采后地表产生的移动及变形较小,可以保证矿用铁路及附近建筑物用地安全使用。

膏体充填开采底板破坏规律充填效应及实测研究

为了研究膏体充填底板破坏规律的充填效应,以岱庄矿2153膏体充填工作面为工程背景,分别采用Midas/GTS-FLAC3D耦合模拟技术、滑移面理论力学分析和钻孔注水法实测方法对该工作面底板破坏深度进行了研究。结果表明,充填工作面底板破坏深度的数值模拟解约为3m,底板岩层破坏模式为以拉为主的拉剪破坏,充填开采煤层底板最大应力为初始应力的0.5倍;采用滑移面理论得到底板破坏深度的力学解析解为2.5~3.0 m,与钻孔注水实测平均值3 m基本吻合,充填开采底板破坏深度是垮落法开采的0.2倍。

断层影响下巷道顶板交替锚索支护体系研究

针对断层构造影响范围内巷道支护困难、顶板围岩松动、锚杆锚固性差等问题,提出了长、短锚索交替布置的顶板锚索支护体系,通过UDEC数值模拟,对比分析与现场观测,表明交替锚索支护体系对断层构造影响范围内的巷道围岩有较好的控制效果,可供相似条件下的巷道支护借鉴。

矿井涌水水源分析的多元矩阵模型及应用

及时准确地识别矿井涌水水源是防治矿井水害的前提。选择Mg^(2+)、Ca^(2+)、Na^++K^+、HCO_3^-、SO_4^(2-)、Cl^-和TDS等常规水化学指标作为水源分析的判别因子,以新庄孜矿28组水样数据构建了水源识别的三元矩阵模型。为检验模型的可靠度,将其用于水文地质条件相近的许厂煤矿涌水水源的识别研究。

含水软弱夹层顶板煤巷梯次支护技术应用研究

为了研究梯次支护对煤巷软弱夹层顶板的支护效果,以许厂煤矿为工程背景,分析了梯次支护机理,开展了顶板泥岩的耐崩解性试验和膨胀性试验,重点研究了梯次支护在3315运输巷的应用效果。结果表明:泥岩耐崩解性指数平均大小为77.92%,最大膨胀应力为0.95MPa,最大膨胀率为3.5%,水对软弱夹层弱化作用较强。在巷道掘进和回采期间,巷道两帮最大收敛量分别为82mm和149mm,顶底板最大移近量分别为10mm和549mm,顶板最大离层量7mm。这充分表明梯次支护用于煤巷含水软弱夹层顶板支护是科学合理的,可以在工程中推广应用。

复杂地质条件下综采工作面旋采关键技术研究

为了研究复杂地质条件下综采工作面旋采技术,以某矿12124综采工作面为工程背景,采用虚心旋采方法,调斜比例设计为1∶3,带式输送机进行转弯改造,进行了复杂地质条件下旋采角度为18°、旋转距离为22.608 m的工业试验。在旋采过程中对巷道和工作面矿压进行监测,旋采效果令人满意。

绿色新型复合胶凝材料-SL胶结料的性能研究

为研究可替换水泥的新型胶凝材料-SL胶结料的性能,基于实验室分析和现场实践,研究了SL胶结料与不同型号水泥的强度性能对比试验、输送性能如流动性能、稳定性能对比试验,并通过现场应用简要分析了其经济性。

孤岛采场矸石膏体充填覆岩空间结构演化规律研究

为了研究孤岛充填采场覆岩空间结构和矿压显现特征,以岱庄煤矿2351工作面为工程背景,采用相似模拟实验研究了采动工况下的充填效应。结果表明,覆岩下沉曲线符合正态函数分布,充填采场覆岩只有裂隙带和弯曲下沉带,离层演化经历未发育区、扩展区和闭合区3个阶段;采动应力整体分布由"V"型分布向"U"型分布转化,分为应力恢复区、卸压区和应力集中区,空区上方测点采动前后所受应力呈"Z"型变化,最大应力集中系数为1.84;充填体显著抑制覆岩的运动,随着工作面的推进,覆岩空间结构由梁式结构向裂隙拱结构和多层拱结构演化。研究结果可为矿压的高效控制提供理论基础。

锚网索喷支护技术在大型机电硐室的实践

结合岱庄矿的实际地质情况与硐室布置形式,针对机电硐室跨度大、结构复杂等特点,根据岩石松动圈理论及实际测试结果,确定了大型机电硐室采用锚网索喷的基本支护形式,优化了支护参数,加快了施工速度和支护强度。实例说明了这一设计方案的合理性与可行性。具有明显的技术经济效果。

煤矿综采工作面实时信息绘图系统的研究与应用

为了实时直观反映井下综采工作面生产过程中的相关情况,设计开发了一套煤矿综采工作面实时信息绘图系统,介绍了该系统的人机交互界面设计、结构设计和功能模块设计。基于AutoCAD二次开发技术设计的煤矿综采工作面实时信息绘图系统可以快速地、准确地和直观地实现当前综采工作面地质相关情况的实测素描图,实际应用表明,该系统实时绘图效果良好,具有较好的实用价值。

建筑垃圾充填膏体强度性能影响因素的试验

为验证建筑垃圾作为充填材料的合理性以及对充填膏体强度性能的影响因素,制备了不同固相比(水泥、粉煤灰、建筑垃圾的比例)和质量分数下的建筑垃圾充填膏体,然后进行了单轴抗压强度测试,并探究不同龄期对建筑垃圾充填膏体应力应变的影响规律。结果显示:建筑垃圾作为充填材料在不同固相比和质量分数下,其抗压强度均可以达到矿井需求;当固相比大于1∶4∶6时,抗压强度开始显著下降,质量分数适宜控制在76%左右;建筑垃圾充填膏体应力应变特性属于塑-弹-塑性类型。

矿井火灾对矿山充填膏体劣化规律试验研究

为研究矿井火灾对充填膏体抗压强度的影响,分别设置4个高温(200℃,400℃,600℃,800℃)和4个受热时间(60 min,100 min,140 min,180 min)模拟矿井火灾产生的温度和火灾持续的时间,以喷水冷却和自然冷却来模拟火灾的熄灭方式,对高温后充填膏体进行了单轴压缩实验,系统研究了高温后充填膏体剩余抗压强度与受热温度、受热时间的关系,通过扫描电子显微镜(SEM)分析充填膏体内部微观结构。结果表明:受热温度和受热时间对充填膏体强度均存在影响,充填膏体在受热温度较低、受热时间较短时抗压强度出现小幅度增长,随试验进行,强度陡然下降,其损失最高达到50%,当温度到达800℃左右,强度下降幅度趋于平缓;充填膏体内部的自由水蒸发,结晶水、石英晶体和水泥水化产物的分解是影响充填膏体抗压强度的主要因素。喷水冷却相比自然冷却下对充填膏体强度影响较大,通过SEM分析充填膏体在高温作用下呈现"较疏松-密实-疏松-开裂"的过程演化。

深埋大跨度复合顶板煤巷失稳机理及控制技术

为了研究深埋大跨度复合顶板煤巷变形失稳机理及支护技术,以某矿2614改造下巷为工程背景,采用压力拱理论和数值模拟技术对巷道围岩变形规律进行了分析,设计了"锚杆(索)+金属网+M钢带+单体支柱"的支护方案,并开展了工业试验。结果表明,大跨度复合顶板巷道围岩失稳破坏分为分层剪切、挠曲离层、拉断破裂和垮落成拱4个阶段,巷道垮落拱高为2.5～3.8m,围岩变形量小于100 mm,锚杆和锚索拉力分别小于60 kN和350 kN,单体支柱压力小于13MPa,支护效果较好。

大断面高应力巷道围岩控制技术

针对山东某矿大断面高应力巷道支护难题,采用现场调研、理论分析和数值模拟方法,分析了大断面巷道在不同地应力作用下围岩应力分布及变形破坏规律,提出了注浆加固与二次锚网索支护相结合的新型支护技术,并开展现场工业试验。试验结果表明,该支护技术能够有效地控制高应力大断面巷道围岩变形。

复合顶板回采煤巷支护技术研究

复合顶板条件下的回采煤巷施工,给支护工作带来很多不利因素,如不采取合理有效的支护技术,将产生很大的安全隐患。以许厂煤矿复合顶板回采煤巷支护为例,从支护方式选择、锚网索支护原理及实际应用等方面进行分析和研究。工程实践证明,复合顶板条件下的回采煤巷锚网索支护具有很好的经济技术效果。

非线性规划在巷道掘进中的应用

利用非线性规划黄金分割法这一数学模型解决了光面爆破周边眼空腔比的合理范围，为巷道掘进提供了技术措施和理论依据。

条带煤柱二次回采技术研究与实践

岱庄煤矿在广泛调研的基础上,提出了"条采保护煤柱矸石置换开采综合技术研究"课题,对条带煤柱进行二次回采,进一步合理回收条采后留下的煤柱资源,还可以在井下对矸石直接进行处理,达到矸石不上井,实现绿色开采目的。