充填密实程度对砾石层挡砂效果及稳定性影响实验

针对砾石充填类防砂工艺,为了探究砾石层充填密实程度对挡砂效果和稳定性的影响规律和程度,利用挡砂介质综合性能测试实验装置,使用石英砂和人造陶粒2种材料,模拟100%、98%、96%和95%共4种充填密实程度进行砾石层挡砂径向流驱替实验,通过渗透率、过砂率和冲蚀形态变化评价砾石层挡砂效果及其稳定性。实验结果表明,射孔孔眼入流会造成砾石层冲蚀孔洞,随着充填密实程度降低,冲蚀孔洞区域越大,地层砂侵入砾石层深度越深;当充填密实程度低于95%时,会形成相对较大的冲蚀孔洞从而失去稳定性,砾石层被地层砂完全穿透从而失去挡砂作用;随着充填密实程度的降低,松散的颗粒在流体冲击作用下重新排列组合,形成的孔洞使得地层砂侵入砾石层的深度也越大,过砂率越高,挡砂效果越差。对于套管射孔井管内砾石充填防砂,应尽可能提高密实程度使其不低于95%,且机械筛管缝宽或挡砂精度按照能够直接阻挡地层砂的原则进行设计。

固体密实充填采煤覆岩移动弹性地基薄板模型

固体充填采煤覆岩移动规律与传统垮落法开采相比发生了本质的变化,为准确地计算固体充填入采空区后上覆岩层的移动规律,在分析固体密实充填采煤覆岩移动特征的基础上,采用弹性地基薄板理论,建立了固体密实充填采煤充填体-基本顶力学模型,推导出了采场基本顶挠度、应力方程以及基本顶发生破断的临界条件,分析得出弹性地基系数是影响顶板移动变形的关键因素,并结合相关参数给出了基本顶最大下沉量和最大应力值随弹性地基系数的变化规律。平煤十二矿己15-13080充填采煤工作面工程实践结果表明:实测基本顶最大下沉值为347 mm,与理论计算结果相符。

板式轨道充填层自密实混凝土的动态力学特性

为掌握高速铁路CRTSⅢ型板式无砟轨道充填层自密实混凝土(SCC)在高速列车等动载作用下的力学特性,采用Ф75mm分离式霍普金森压杆(SHPB)试验方法,研究充填层SCC在10~100 s^(-1)条件下的动态力学性能,并基于应变等价性假说和统计损伤理论建立充填层SCC动态本构模型。研究结果表明:随着应变率增加,SCC的破碎程度增大;SCC的峰值强度、峰值应变和比能量吸收均随应变率的增大而增大,表现出明显的应变率敏感性,且其应变率敏感性大于普通混凝土;建立的动态本构模型可用来描述SCC在相应应变率下的应力应变关系。

基于连续-离散介质耦合的密实充填开采地表沉陷预测模型

为构建固体密实充填开采地表沉陷预测模型,首先结合现场钻孔窥视及相似材料模拟分析固体密实充填开采的覆岩变形特征;随后采用Winkler和Vlazov两类弹性地基梁建立基本顶力学模型,得到基本顶弯曲下沉方程;将基本顶的弯曲下沉视为上覆岩层沉降的边界条件,基于离散介质运移规律推导出固体密实充填开采的地表沉陷预测模型。最后将预测模型应用于花园煤矿,得到的下沉量预测值与实测值基本吻合,证实了模型的准确性。

密实充填面双沿空留巷矿压及围岩变形规律研究

为探明双沿空留巷密实充填工作面的巷道及覆岩运动及应力的演化规律,对充填体工作面超前支承应力显现及沿空留巷围岩变形进行了现场实测和数据分析。研究表明:相较于垮落法,充填工作面超前支承应力影响范围明显减小,矿山压力显现较弱;充填体内部应力变化分为初始应力区、应力增高区和应力平稳区,与采空区顶板运动的小变形区、剧烈变形区、变形稳定区相对应;沿空留巷围岩变形较显著,前期顶底板变形量大于两帮变形,应加强顶板支护,后期围岩稳定后的移近速度仍大于2.4mm/d,仍需定期维护。

固体密实充填破碎岩体分数阶流变模型研究

基于分数阶理论,研究了破碎岩体分数阶流变模型,采用分数阶流变模型以及整数阶流变模型与实验数据对比分析。结果表明:对于破碎岩体蠕变过程,流变模型的分数阶形式拟合精度高于各自的整数阶形式精度。其中,Burgers模型的分数阶形式拟合精度都高于其他模型的拟合精度。

固体密实充填开采地表沉陷预计模型研究

为了实现对固体密实充填开采地表沉陷进行科学地预计,需要根据其覆岩结构形态演化规律和岩层移动特征建立完备的沉陷预计模型及其参数体系。相似材料模拟和钻孔窥视表明,固体密实充填开采覆岩形态以完整层状结构的弯曲带为主,覆岩仅在近顶板附近发育一定高度的断裂带,不发生垮落现象。岩层移动特征类似纵向载荷作用下层合板的弯曲变形,通过力学简化,基于层合板理论建立了固体密实充填开采地表沉陷预计模型。研究表明,固体密实充填开采地表沉陷形态仍可用概率积分模型进行描述,并进一步探讨了基于"等价釆高"的固体密实充填开采地表沉陷预计模型参数体系。最后将本文建立的地表沉陷预计模型应用于某工程实例,取得了良好的效果。

基于全负压短壁联采密实充填的“三下”采煤法

基于常规充填开采工艺在铁路下、建筑物下、水体下及承压水上(三下一上)压煤开采中存在的初期投入大、开采效率低、工艺复杂、开采成本高等问题,提出了全负压短壁联采密实充填"三下"采煤法。该采煤方法结合了长壁开采的通风、短壁开采的高效及充填开采沉降小的特点,是一种全新的绿色开采方法,在安全高效开采"三下一上"压煤的同时,可实现工作面采充平行作业、开采效率高、充填成本低、消化了地表及井下产生的矸石等目的。全负压短壁联采密实充填"三下"采煤法研究成果如下:(1)该采煤方法根据现场工作面顶底板条件条合理设置充填工作面煤柱巷宽度;(2)提出了全负压短壁联采密实充填工作面回采顺序为每隔两条煤柱巷回采一条煤柱巷,待充填体达到终凝强度时再倒退式回收剩余的煤柱巷,实现"三下一上"压覆资源的全部回收;(3)该采煤方法系统主要由浆料制备及矸石输送系统两部分组成,系统较简单,施工周期短,见效快;(4)现场监测数据表明该采煤方法地表下沉量、顶板下沉量、底板底鼓量及水平变形量最大值分别为44 mm、2.3 m、2 mm及0.88 mm/m,其中水平变形在地表建筑物Ⅰ级范围内,有效控制了充填工作面围岩及地表变形。目前该方法已并在新矿集团孙村煤矿、翟镇煤矿等部分矿井进行了现场应用,应用效果较好,实现"三下一上"压覆资源的安全高效绿色开采。

短壁联采密实充填安全高效开采关键技术及实践

为安全高效回收"三下"压覆资源,孙村煤矿在借鉴旺格维力采煤技术的基础上,针对"三下"压煤和遗留煤柱开采、回收困难问题,采用现场调研、文献检索、室内试验、理论分析、数值模拟、现场探测等综合手段,提出了短壁连采密实充填开采技术,建立了短壁连采无充填和密实充填时顶板及关键层破断力学模型,获得了工作面开采上覆岩层运动特征及地表移动沉降规律,为短壁连采密实充填开采技术应用提供理论指导。在分析不同开采阶段覆岩对煤柱和充填体加载作用基础上,建立短壁连采密实充填相邻工作面围岩失稳力学模型,结合数值模拟研究,得到了短壁连采密实充填工作面围岩变形及应力迁移规律。提出了支巷及联络巷宽度、支巷支护参数、充填体强度等关键参数设计方法,设计了具有"采充平行-分步置换"特点的短壁连采密实充填系统,研发了以水泥、粉煤灰和矸石颗粒为主料的高强快凝环保充填材料,提出了节能高效的巷道式自流漫灌充填技术及工艺,为实施短壁连采密实充填开采技术提供了保障。以孙村煤矿地质条件为背景,对短壁连采密实充填技术进行工业性试验,提出相应的综合支护技术和管理措施,并对煤体-充填体应力、锚杆索受力、顶板离层量及巷道移近量进行在线监测。巷道服务期间围岩稳定性好,地表沉降量小,经济和社会效益均十分显著,实现对"三下"压煤和遗留煤柱的安全高效回收。

固体密实充填开采覆岩损伤范围分析

为了能够科学地预计固体密实充填开采的覆岩损伤范围,在建立合理的损伤范围预计公式的过程中需要考虑的主要因素包括覆岩结构形态演化规律和岩层移动特征。相似材料模拟试验和现场钻孔窥视揭示:固体密实充填开采的覆岩以完整层状结构的弯曲带为主要形态,仅在近顶板附近覆岩会发育有一定高度的断裂带,垮落现象不会出现。在较系统地分析充填开采岩层移动的等价采高理论基础上,利用简化的平面力学模型及弹性力学知识,推导了固体密实充填开采覆岩损伤高度的计算公式。通过实例分析,将建立的覆岩损伤高度计算公式应用于某工程实例,取得了良好的效果,可对地下矿体安全回采、地表建筑物安全运营提供参考。

固体密实充填开采岩层移动机理及变形预测研究

在充填开采工作中,应用综合机械化固体密实充填有十分重要的意义。综合机械化固体密实充填工作是一种利用固体废弃物密实充填采空区而实现的绿色开采技术。该项充填工作的应用,能有效保障地表建筑物的安全。本文将通过对固体密实充填开采岩层移动机理及变形进行预测与研究。

密实充填采煤的岩层移动理论研究

密实充填采煤是一种绿色环保的开采技术,能够够有效保护开采区域地面塌陷,有利于开采区域的环保,还能够有效控制开采区域岩层的运动。机械化密实充填采煤是目前采煤技术的主要手段,其利用机械采煤设施进行采煤,并在采煤的同时进行开采材料的回填。本文阐述了密实充填采煤的理论概念,研究了充填采煤岩层移动的等价采高理论,进行连续介质力学分析,探讨了岩层移动和地表沉陷的计算公式。

固体密实充填采煤方法在煤矿开采中的应用研究

介绍了固体密实填充采煤方法,结合固体密实充填采煤方法在煤矿开采中的具体应用实例,分析了固体密实充填采煤方法应用过程中充实率和支架支护强度设计的问题,阐述了充实率控制方法,对固体密实充填采煤方法的应用效果进行了分析,得出应用固体密实充填采煤方法,减小对地表建筑物以及地表设施产生的影响。

固体密实充填采煤技术研究

煤矿企业在实际操作过程中逐步完善固体密实充填采煤理论,并依据采矿作业的实际需求加强各类理论的合理化运用,分析固体密实充填采煤技术,探讨固体充填自动控制实施,以期促进煤矿事业的可持续发展。

探究固体密实充填采煤的矿压控制理论与运用

在生态环保与可持续发展理念下,当前煤炭企业面前最重要的问题是解决煤炭生产过程中资源浪费严重与生态环境破坏的问题。应用固体密实充填采煤及时是缓解煤炭企业发展与环境矛盾的有效途径之一。在应用此技术下,不仅可以提升资源猜出率,还可以延长矿井使用寿命,同时对土地、水体及生态资源等起到有效的保护作用,将矿区排放的矸石、粉煤灰等固体废弃物应用到采煤操作中,以此有效避免这些固体废弃物对环境造成的污染及采空区的灾害发生隐患。

矸石充填工作面关键技术研究与应用

为了提高充填开采效率,基于翟镇煤矿固体充填开采实践,提出解决矸石充填端头充填效果差、捣实回拉带矸、充矸刮板输送机限制落矸量、沿空留巷变形严重等问题的方法,并对关键技术进行分析。结果表明:通过设计加工端头旋转捣实和溜头溜尾起高平台,实现了端头的机械化密实充填,全断面捣实充填,充实率从80%提高到95%,实现采充比100%;自主研制的可调节自溜式扇形漏矸孔可实现粒径50~120 mm矸石块连续充填,生产效率提高50%,充填开采单位成本下降至26.5元/t;同时采用垒砌矸石袋和锚索联合支护的措施,对充填工作面沿空留巷进行有效支护,确保了留巷不变形。

综合机械化固体充填采煤一体化技术

为推广应用综合机械化固体充填采煤一体化技术,解放"三下"压煤,提高矿井采出率,实现矿山的绿色开采,在简要综述充填采煤历程和发展现代化充填采煤技术的目标、要求和难点的基础上,系统阐述了综合机械化固体充填采煤一体化技术的系统布置、关键装备,并介绍了该技术在密集建筑群下、邻近松散含水层区域和大型河堤下进行大规模充填开采煤炭的工程实例。应用结果表明:综合机械化固体充填一体化采煤技术可实现"三下"压煤的安全高效开采,具有广阔的应用前景。

基于充填采煤的保水开采理论与实践应用

针对煤矿开采导致矿区水资源环境破坏的严重问题,根据矿区顶板含水层赋存特征,提出基于充填采煤的保水开采理论和技术。运用充填采煤顶板运移规律和控制机理,构建了充填采煤顶板含水层稳定性的力学模型,并得出了顶板含水层稳定性的边界条件,运用相似模拟试验分析验证了充填采煤对顶板含水层的保护机理及作用。研究结果表明:顶板稳定隔水层下沉量包括充前顶板下沉量、充后顶板下沉量和直接顶岩体特性下沉量,其破断的边界条件为hb≤Hb;随着密实充填率的增大,顶板稳定隔水层下沉量减小。通过对邢台煤矿充填工作面现场实测进行分析,发现应将充填体的密实充填率提高到68%以上,才能保证顶板含水层的完整性。

板式轨道充填层SCC疲劳损伤本构模型

采用基于Helmholtz自由能推导的混凝土损伤本构方程,结合弹性模量损伤因子和残余应变影响因子,构建了CRTSⅢ型板式轨道充填层自密实混凝土(Self-compacting Concrete,SCC)疲劳损伤本构模型,并采用MTS疲劳试验机测试了典型服役环境下充填层SCC的受压疲劳性能,探讨了动荷载、水+动荷载、酸溶液+动荷载等复杂环境对SCC疲劳损伤的影响。结果表明,基于Helmholtz自由能推导的充填层SCC疲劳损伤本构模型拟合结果与试验测试结果的相关系数大于0.97,能够较好表征疲劳荷载作用下充填层SCC的损伤变化。相对于未受疲劳荷载的试件,应力水平为0.35的疲劳荷载作用200万次后,动荷载、水+动荷载、酸溶液+动荷载作用下充填层SCC极限抗压强度分别降低了6.97%、11.19%和25.21%,峰值应变分别增大了7.52%、9.97%和13.51%,静弹性模量降低了38.3%、40.8%和42.5%。环境与动荷载共同作用进一步加速了充填层SCC的劣化。

综合机械化固体充填采煤技术研究进展

在简要综述充填采煤历程和发展现代化充填采煤技术的目标、要求和难点的基础上,系统介绍了综合机械化固体充填采煤技术的研究进展。重点论述了密实充填采煤的岩层移动控制理论,其理论上的突破是新技术发展的前提,主要包括:充填开采岩层移动控制的等价采高理论;充填开采岩层运动的连续介质力学模型;充填开采岩层移动的计算公式;固体充填的采场矿压与支架受力分析。进而系统介绍了综合机械化固体充填采煤的系统、装备及工艺,以及在密集建筑群下、孤岛村庄煤柱区域、临近松散含水层区域和大型河堤下进行大规模充填开采煤炭的工程实例。