端帮充填开采支撑煤柱参数设计方法

合理地设计端帮充填开采下支撑煤柱参数是端帮开采工艺推广应用的前提。对端帮充填开采前后煤柱受力变化进行了分析,阐明了充填体提高煤柱强度的机理。根据有效区域理论计算了煤柱上方载荷,推导了基于土压力公式的煤柱侧向约束力,结合CIMFR煤柱强度经验公式和Mohr-Coulomb强度准则获得了充填条件下煤柱强度,提出了兼顾煤柱安全系数的非均布载荷下端帮充填开采支撑煤柱参数设计方法。基于端帮充填开采支撑煤柱参数计算方法,考虑端帮充填开采三角载荷作用,提出了对采硐分段充填的方法,并且给出了不同条块充填高度的计算方法。考虑充填环节与端帮采煤时间的协调性,在一步式开采不合理的情况下,设计了两步式充填开采顺序、三步式充填开采顺序。以某露天矿为工程背景,设计了端帮充填开采支撑煤柱参数,较非充填开采单个煤柱宽度减小3.5 m,资源回收率由33.7%提升至68.4%,在分段充填条件下,单个采硐充填材料用量减少2053.6 m^(3)。提出了端帮充填开采条件下支撑煤柱设计方法,对推动露天煤矿端帮充填开采具有科学意义。

TBM盾构管片台柱型定位销设计制备技术研究及工程应用

全断面硬岩隧道掘进(TBM)施工过程中同一断面内的相邻两个衬砌管片之间需要进行连接,若拼接施工存在问题或定位销出现变形,会引起盾构管片的上浮和错台。文章分析了传统定位销存在的缺点及施工方面的不便,设计了一种新型的定位销,对管片模具及预埋方式进行了修改,并对定位销的承载性能进行了研究。研究结果表明,将原来的纺锤形结构改为台柱结构,设置有多圈凸纹,可以有效增大定位销与定位销孔之间的摩擦力,方便施工和便捷安装。控制注塑材料的抗拉强度不低于80 MPa,制备而成的台柱定位销剪切强度达到了420.0 MPa以上,具有很高的力学性能。所制备的定位销在某引水隧洞工程中进行了工程应用,降低了TBM管片的制作难度及定位销的安装难度,取得了良好的工程效果。

分段空场嗣后充填法人工矿柱多源信息融合稳定性评价模型

针对分段空场嗣后充填法人工矿柱(充填体)稳定性评价指标因素概率分配过程和权重分配中存在的问题,综合考虑工程地质环境、岩体质量、力学响应指标、声发射参数特征和几何形态5类信息源的影响,建立了涵盖17项稳定性影响因素的人工矿柱(充填体)稳定性多源信息评价指标体系,并基于此确立了人工矿柱(充填体)稳定性D-S证据理论的识别框架及评价指标分级标准。通过引入正态隶属度函数及改进的K-L距离对指标因素概率分配和权重分配进行优化,构建了基于改进D-S证据理论多源信息融合的人工矿柱(充填体)稳定性评价模型。选取某分段空场嗣后充填开采矿山5个典型人工矿柱(充填体)对模型的适用性进行验证,结果表明:多源信息融合稳定性评价等级分别为AP-2、AP-3和AP-5(Ⅱ级)>AP-4(Ⅲ级)>AP-1(Ⅳ级),稳定性评价结果与前期位移、声发射现场监测分析评价和数值模拟分析评价结果基本吻合,验证了评价模型在实际应用中的科学有效性。该模型为人工矿柱(充填体)稳定性分析提供了一种更全面的综合评价方法。

大采高综放面区段煤柱合理留设研究

侧向支承压力分布、资源回收率以及煤柱和巷道的稳定性是大采高综放面区段煤柱宽度留设要兼顾的因素,为了确定大采高综放面区段煤柱宽度,以某矿8103面为工程背景,首先,采用理论计算和现场应力监测等方法确定大采高综放工作面倾向支承压力分布规律,得出应力降低区宽度约为8 m,原岩应力区为巷帮侧28 m外。其次,采用工程类比方法确定大采高综放工作面巷帮外侧煤体严重破裂区宽度约为4 m。最后,采用FLAC3D数值软件分析了下区段工作面回采时窄煤柱(6、8 m)和宽煤柱(28、30m)的应力场、位移场及塑性区特征,获得不同煤柱宽度时巷道和煤柱力学特征。研究表明:当煤柱宽度6m和8m时,在采动支承压力下煤柱几乎无承载能力,且巷道变形量较大;当煤柱宽度28 m和30 m时,在采动支承压力下煤柱中央仍有一定的弹性核,煤柱保持稳定且巷道变形量较小。综合考虑资源回收、巷道稳定性、次生灾害控制等因素,确定大采高综放工作面区段煤柱宽度为28m。

特厚煤层区段防水煤柱稳定性评价及保护技术研究

留设合理宽度的区段煤柱是确保特厚煤层综放工作面顺利接续和安全回采的关键。为确保芦子沟煤矿3107特厚煤层综放工作面仰斜开采过程中,双侧采空煤柱能够稳定承载并有效隔水,分析区段煤柱覆岩结构特征,建立区段煤柱应力计算模型,理论计算了双侧采空煤柱应力,结合数值模拟及理论分析手段对煤柱稳定性进行综合评价。通过实施科学合理的深孔爆破切缝卸压方案,降低了3107工作面采动应力对煤柱的影响,优化了煤柱应力环境,提高了煤柱稳定性,保证了3107工作面的安全回采。研究结果对类似开采条件下的区段煤柱宽度确定及坚硬顶板条件下煤柱卸压具有一定意义。

深井特厚煤层综放工作面区段煤柱合理宽度研究

留设合理宽度的区段煤柱是确保深井特厚煤层综放工作面顺利接续和安全回采的关键。以新巨龙矿井一采区区段煤柱宽度的确定为工程背景,首先采用微地震监测、应力动态监测和理论计算等方法确定深井特厚煤层综放工作面侧向支承压力分布特征,得出低应力区宽度约为20 m;其次,采用工程类比、数值模拟等方法确定深井特厚煤层综放工作面侧向煤体不完整区宽度约为3 m;最后,综合考虑资源回收、冲击地压防治、次生灾害控制和巷道支护等因素,确定深井特厚煤层综放工作面区段煤柱合理宽度为5.0～7.2 m。应用沿空巷道表面位移观测结果验证区段煤柱宽度的合理性。该研究结果对类似开采条件下的区段煤柱宽度确定具有参考意义。

倾角变化对回采工作面区段煤柱应力分布的影响

依据平煤集团十三矿二1煤层的具体条件,分别对煤层埋深300,500,800 m和倾角0,25°,30°情况下运输巷下帮侧向压力分布规律和不同宽度区段煤柱受力情况进行了数值分析,并对该矿12020采煤工作面下巷实体煤侧的应力、围岩变形及锚杆受力的情况进行了现场监测。结果表明:随煤层倾角增大下区段运输巷与上区段回风巷两侧应力呈非对称分布,采场顶板应力分布也是高度不均匀、不对称的,侧向水平应力峰值随煤层倾角增大而增大,且工作面后方增加幅度大于工作面前方;峰值位置随煤层倾角增大而逐渐靠近煤壁。煤层倾角加大时,应力明显偏向下区段运输巷,使得下区段运输巷顶部出现明显应力集中,并且随着煤层倾角的增大,应力集中程度更加显著。

金庄矿特厚煤层综放工作面合理区段煤柱留设研究

以金庄煤矿特厚煤层综放工作面为工程背景,结合理论分析、数值模拟和现场实测的方法确定工作面区段煤柱的合理宽度。现场实测表明,应力峰值工作面超前16 m出现影响范围50 m。研究结果为相似条件下工作面合理区段煤柱宽度的留设提供了借鉴。

特厚煤层综放工作面区段煤柱合理宽度

为合理确定煤柱合理宽度实现煤矿安全高效生产,以酸刺沟煤矿6上煤层的6上107辅运顺槽与6上109胶运顺槽之间的区段煤柱宽度研究为工程背景,采用煤柱载荷估算法、煤柱宽度塑性理论计算法,得出煤柱合理宽度范围应该为20.8~29.5m;再根据数值模拟对比分析不同宽度煤柱的塑性破坏范围变化、围岩应力变化,确定合理煤柱宽度为25~30m.同时在分析煤柱宽度理论公式计算和数值模拟缺点和不足的基础上,制订了在6上111胶运顺槽进行工程试验的方案,采用支护受力监测仪、围岩监测仪现场监测锚杆锚索受力情况及巷道围岩的变形量,最终确定区段煤柱留设的合理宽度,该研究结果对类似开采条件下确定区段煤柱合理宽度具有重要意义.

倾斜煤层区段煤柱变形破坏规律

煤层倾角是影响区段煤柱稳定性的关键因素之一.利用理论分析、相似模拟、数值模拟等方法研究了倾斜煤层开挖后倾向覆岩结构演化特征、煤柱变形及失稳破坏形式.研究结果表明,0～ 45°范围内随着煤层倾角增大,区段煤柱发生剪切失稳破坏的可能性增大;煤柱两侧覆岩结构呈现不对称分布,煤柱上侧砌体梁结构形成层位较低,煤柱下侧形成冒空区,砌体梁结构形成层位高于上侧;与水平煤层煤柱破坏以挤压变形为主不同,倾斜煤柱以沿着弱面剪切滑移破坏为主;不同倾角煤层煤柱围岩变形量呈不对称分布,煤柱下侧围岩变形量大于上侧,煤层倾角越大煤柱围岩变形量不对称分布趋势越明显.

无底柱小分段崩落采矿法在矿柱回采中的应用

以无底柱分段崩落采矿法为基本采矿方法,对富家矿130m中段单线盘区矿柱回采进行了无底柱小分段崩落采矿法试验应用。通过矿块构成要素、采切工程、凿岩爆破参数及放矿方式的合理确定,取得了较好的矿柱回采效果,并为后续的矿柱回采提供了技术支持。

超高水材料分段开放式充填开采研究

超高水材料充填工艺是近年来发展较快的一种"三下"充填开采工艺。通过对超高水材料性能的研究及总结近年来在多个煤矿中的试验和应用所取得的经验,针对新光集团刘东煤矿煤层倾角较大的情况,提出了超高水材料预留煤柱分段开放式充填开采。通过留设煤柱和构筑隔离墙的方法隔离采空区,形成一个封闭的空间,对采空区进行充填,超高水材料浆液的高流动性可使其自行流入"采空"空间,并在短时间内凝结,通过固结体与垮矸形成的结构体控制上覆岩层活动,从而达到减缓地面沉降的目的。结果表明:在复杂的地质条件下,分段开放式充填工艺为超高水材料充填开采带来了更大的灵活性,使其具有了更广泛的应用空间。

煤层倾角对区段煤柱应力分布特征影响研究

针对娘姆特矿煤层倾角变化很大的具体赋存条件,采用理论分析和数值模拟研究了煤层倾角分别为0、30°、45°、60°时区段煤柱应力和破坏区的分布特征。研究表明:随着煤层倾角增加,区段煤柱的垂直应力值先增加后减小,应力分布逐渐由对称分布变为非对称分布,位于上区段运输巷顶板和下区段回风巷底板位置的应力影响范围逐渐增加;水平应力值线性增加,应力分布逐渐偏向下区段回风巷,并且煤柱水平应力的影响范围逐渐减小;煤柱塑性破坏区面积先增大后减小,当煤层倾角为30°时塑性破坏区分布面积达到最大。

综放工作面煤柱尺寸对覆岩运移规律的影响研究

针对江仓娘姆特矿地表覆盖多年冻土层的具体地质条件,通过相似模拟和数值模拟的方法研究了区段煤柱尺寸对煤层覆岩垮落特征和地表多年冻土层变形破坏规律的影响。研究结果表明:煤柱宽度对工作面局部覆岩垮落高度和结构特征均存在一定的影响,但是对覆岩垮落高度的影响不大。随着煤柱宽度增加,地表冻土层的竖直位移量逐渐减小,但水平位移变化不大,冻土层与覆岩之间的离层现象逐渐消失。

小分段无底柱崩落采矿法在中厚破碎金矿体回采中的应用实践

针对三山岛金矿新立分矿仓上矿区中厚破碎金矿体露采结束后,露天坑底低品位中厚破碎金矿体,介绍了小分段无底柱崩落采矿法回采实践。通过回采方案、分段高度、爆破参数及相关技术措施的确定与应用,露天坑底低品位矿石地下回采取得了很好的技术经济效果,并充分回收了矿产资源。

陕蒙深部矿区基于防冲的区段煤柱宽度研究

以陕蒙深部矿区纳林河二号井双巷快速掘进条件下首个临空工作面开采为背景,采用理论分析、数值模拟和现场监测等方法,研究了不同宽度区段煤柱应力分布规律,揭示了宽区段煤柱应力叠加诱冲机理,并在此基础上指出下阶段基于防冲的窄区段煤柱宽度设计方法。研究结果表明:宽区段煤柱受采空区侧向支承压力、走向支承压力和上覆厚硬岩层破断产生的动载应力等多个因素影响,当形成的叠加应力达到冲击发生的临界应力时,将使冲击显现;下阶段纳林河二号井留设区段煤柱宽度为5~7 m较为合理。陕蒙深部矿区其他类似条件矿井可在此基础上积极探索窄煤柱留设方式,以期降低临空巷道发生冲击地压灾害的可能性。

无底柱分段崩落法结构参数研究

以武钢金山店铁矿为例,通过实验室放矿试验,对金山店铁矿采用的无底柱分段崩落法结构参数进行研究分析,利用多分段立体放矿模型,通过正交试验法确定9组不同的结构参数,然后进行模拟放矿试验,最后,将所得的试验数据进行对比,分析无底柱分段崩落法各结构参数对矿石回收率等的影响,并由此确定最合理的无底柱分段崩落法采场结构参数。

基于防冲的充填工作面区段煤柱合理宽度研究

为了实现充填工作面回采期间的防冲安全,以山东运河煤矿充填回收遗留条带煤柱为工程背景,在分析相邻采空区侧向支承压力分布特征的基础上,建立充填工作面区段煤柱失稳的工程力学模型,研究了区段煤柱的应力分布特征和失稳准则,确定了区段煤柱的合理尺寸。结果表明:充填浆体和矸石力学作用机理的差异导致区段煤柱处于水平方向的不等压力学结构,当区段煤柱受到的水平挤压力大于顶底板施加的阻抗力时,区段煤柱具有发生失稳的危险,综合考虑防治冲击地压、保障充填开采可靠性及提高煤炭资源回收率等因素,确定区段煤柱合理宽度为5.1~8.8 m。

东胜煤田新街矿区斜井保护煤柱设计的离散元分析

为了最大限度进行煤层开采并控制其对斜井结构的不利影响,需要估算合理的斜井保护煤柱尺寸。针对地层-斜井的5个不同横截面,采用经验公式法估算煤柱尺寸,并进行二维离散元数值模拟,分析斜井管片结构内力和位移的分布特征,并给出合理的煤柱尺寸。主要结论如下:1)根据二维离散元数值模拟得到的煤柱尺寸小于根据经验公式得到的煤柱尺寸;2)随着回采工作面与斜井水平距离的减小,斜井结构首先轻微上浮,然后显著下沉;3)当斜井与开采煤层的竖向距离较小时,斜井结构因受到破裂岩层的下沉挤压作用而向远离开采工作面的方向变位;4)当斜井与开采煤层的竖向距离足够大时,斜井向开采工作面的方向变位;5)由于斜井穿越的岩层与煤层物理力学性质的差异,在不同岩层或煤层之间的交界面附近,斜井结构可能因应力集中而承载力不足,需要采取一定的改善与控制措施。

高瓦斯综放工作面区段煤柱合理尺寸确定

为确定区段煤柱的合理尺寸,从保持煤柱稳定性所需宽度条件入手,建立煤柱两侧塑性破坏区理论计算公式。结合现场实测数据,提出留设煤柱宽度27、30、33 m 3种方案;利用FLAC3D数值软件分析了下区段工作面回采时煤柱及巷道的应力场及塑性变形特征。研究结果表明,当区段煤柱宽度为27 m时,煤柱两侧应力集中现象明显,塑性破坏深度包络帮锚杆全长且巷道边缘处于应力增高区,不利于巷道稳定;当煤柱宽度达到30、33 m时,巷道围岩情况明显改善。综合考虑3个"有利于"原则,确定常村矿2207工作面区段煤柱合理宽度为30 m。