倾斜煤层冒落矸石自然充填沿空留巷技术

利用倾斜煤层采空区冒落矸石自溜的自然现象,采取临时支护手段将采空区冒落矸石阻挡在留巷巷道上帮,并采取喷浆、注浆等措施固化冒落矸石,形成以冒落矸石为主要充填材料的稳固沿空留巷充填体。经过模拟计算和实践证明:利用破碎矸石充填留巷能够确保留巷系统的稳定性;该方法适用条件为煤层顶板中等稳定、煤层倾角30～45°;必须采取柔性措施以及提前在临时支架上方堆积碎煤矸等松散材料降低冒落矸石冲击力;临时支护必须在留巷初期对巷道顶板提供足够的支撑阻力。

冒落矸石空隙注浆胶结充填减沉技术的可行性研究

冒落矸石空隙注浆胶结充填技术是一种新的减沉措施。文章论述了该技术的减沉原理并对减沉效果进行了分析预测。

倾斜煤层冒落矸石注浆固化沿空留巷技术研究

沿空留巷技术是煤炭开采技术的一项重要改革,是"绿色开采"的重要研究方向之一,针对试验矿井的5312倾斜工作面的具体条件,提出采用冒落矸石注浆固化沿空留巷方法,对巷旁支护阻力、冒落矸石冲击力和充填体可缩量预计进行了研究,通过现场观测和留巷效果分析,达到了预期的目标,能够为类似条件下的沿空留巷技术提供借鉴。

切顶留巷冒落矸石碎胀规律与力学特性研究

为研究冒落矸石在切顶卸压沿空留巷过程中的力学作用,通过现场实测和理论分析对矸石的碎胀规律及其力学特性进行了研究。针对不同赋存条件总结归纳了4种冒落矸石碎胀系数的现场实测方法:可视分层直接测量法、整层划定界限法、坚硬顶板间接测量法和围岩变形反推计算法。建立了矸石碎胀规律与围岩运动的关系,实测表明矸石块度对初始碎胀系数影响大,但残余碎胀系数基本稳定在1.26,故复合顶板留巷后下沉量大,且矸石压实稳定时间随埋深加大而延长。构建了垮落矸石稳定后受力模型,并对挡矸支护所受侧向应力和矸石对顶板的支撑力进行了分析计算,证明矸石碎胀规律对于巷道顶板保持稳定具有重要作用。

切顶成巷采空区冒落矸石碎胀系数及侧向压力测定研究

为对切顶留巷条件下的顶板碎胀系数测定方法进行优化,并进一步探究碎胀系数的演化规律,在对现有切顶设计中顶板碎胀系数的取值方法进行总结的基础上,以塔山煤矿8304工作面复合顶板为例,通过地质详查、自然观测、标记观测以及层厚加权计算等多种方法的相互配合,对其顶板碎胀系数进行测定,同时对碎石帮侧向压力实施监测。结果表明,该顶板碎胀系数约为1. 40,顶板中泥岩较之细砂岩,垮落块度较小,初始碎胀系数及残余碎胀系数较大,碎胀系数稳定区滞后架后距离较长,且发现成巷进入稳定区后,碎石帮侧向压力会出现下降,而矸石碎胀系数始终处于稳定状态,没有出现明显回弹上升现象。

采空区冒落矸石承压变形特征及侧向压力分布规律研究

在覆岩载荷作用下,采空区冒落矸石会产生施加于巷旁支护体或煤柱上的侧向压力,在时间效应影响下,侧向压力可能引发巷旁支护体或煤柱失稳,进而诱发地表塌陷。为研究采空区冒落矸石承压变形特征及侧向压力分布规律,研制了可测量侧向压力的组合式冒落矸石承压变形试验装置。以满足均匀粒径分布的5−30 mm的冒落矸石为例,通过设置相同加载总时长(16 h)、相同目标载荷(10 MPa)、不同数量加载水平(水平1、2、4),研究冒落矸石承压变形特征、侧向压力分布规律及试验前后粒径变化情况。结果表明:随载荷增加,冒落矸石变形逐渐增大,残余碎胀系数和空隙率逐渐减小,加载较恒载阶段尤为明显;恒载初期,轴向应变增长较快,而后逐渐变缓并趋于平稳,若不发生应变突增,时间-应变呈现对数关系;目标载荷相同,加载总时长一致,随加载水平数量增加,恒载阶段产生的总应变显著增加,分别为3.02%、9.07%和17.72%,表明随加载水平数量增加,虽然载荷对冒落矸石输入的总能量减少,但却对冒落矸石的滑移填充和结构调整起到了明显的促进作用;冒落矸石侧压力系数随着载荷增加明显变大;冒落矸石体展现出较强的载荷传递折减效应,自冒落矸石体顶界面垂直向下呈现递减变化;承压变形过程中,粒径为5~10 mm的冒落矸石含量处于动态平衡状态,为稳定粒径。

冒落矸石自行充填沿空巷道矿压显现规律研究

结合葛泉煤矿1528工作面运输巷具体的煤层赋存条件和开采技术条件,通过在巷道内将强制切顶与矸石护帮融为一体的特种组合支护,研究试验了一种利用工作面内的冒落矸石进行巷旁自行充填的沿空留巷技术。通过大量的现场实测与对比分析,研究了受2次重复采动影响的巷道顶底板与两帮围岩的变形规律,得出了影响巷道围岩变形规律的主要因素,为实现冒落矸石自行充填沿空留巷技术的工程应用提供了理论依据和技术支持。

冒落矸石在薄煤层沿空留巷巷帮充填中的应用

介绍了用冒落矸石作为 1 4煤层沿空留巷巷帮充填材料的支护方式及巷帮充填工艺 ,并对应用效果作了观测、分析和说明。

切顶留巷矸石帮演化过程及侧向压力分析

切顶留巷挡矸支护成功与否取决于矸石帮演化过程及其侧向压力分布。以杏花煤矿为工程背景,采用室内试验、相似模拟的方法,分析了矸石压实力学特性、顶板垮落过程及矸石帮演化过程;通过理论分析建立力学模型,分析了不同因素对矸石帮侧向压力的影响;数值模拟给出采空区边界覆岩压力、矸石帮侧向压力分布规律,从矸石帮侧向压力影响因素角度给出矸石帮挡矸支护方案。研究表明:①矸石帮侧向压力大小与采空区矸石演化过程相关:矸石自组织调整阶段,矸石帮侧向压力主要由矸石自重产生,侧向压力大小取决于堆积高度;矸石被动压实阶段,在顶板周期来压作用下,矸石体反复被压实,矸石帮侧向压力逐渐增大;矸石稳定阶段,此阶段矸石体被压实,对覆岩起到明显支撑作用,覆岩压力趋于稳定值为3.81 MPa,矸石帮侧向压力稳定值为2.12 MPa。②矸石帮侧向压力由巷道顶板位置至底板位置逐渐增大。③从外部环境角度,矸石帮侧向压力与顶板覆岩压力呈现明显的正相关关系,与切顶角度呈现明显的负相关关系;从矸石自身力学性质角度,矸石帮侧向压力与矸石内摩擦角呈现明显的正相关关系。基于此,提出“袋+网+U型钢+斜撑单体”挡矸支护方案,现场应用效果良好。此研究可为类似工程条件挡矸支护提供借鉴与参考。

倾斜煤层沿空留巷巷旁充填体承载特性及合理宽度研究

为研究倾斜煤层沿空留巷巷旁充填体承载特性及合理宽度,以黑龙江新铁煤矿左七工作面沿空留巷为背景,采用理论分析的方法,分析矸石动冲及静压作用,明晰了动冲及静压作用影响因素,运用数值模拟软件,分析充填体宽度效应下沿空留巷围岩应力分布及变形特征,揭示了充填体承载特性并确定充填体的合理宽度,最后进行工程应用。研究表明:矸石对巷旁充填体的动冲作用随矸石的质量、采高及煤层倾角增大而增大,随碰撞时间及滑移长度的增加而减小;矸石对巷旁充填体的静压作用随矸石容重、煤层倾角、采高及工作面长度增大而增大;理论计算出巷旁充填体最小宽度为1.36 m;随充填体宽度增加,充填体承载能力及抵抗变形能力逐渐增加,充填体内部形成偏向采空区的“椭圆形弹性核”,最终确定巷旁充填体宽度为2 m。工程应用表明,采用该巷旁充填体参数,沿空留巷围岩变形量较小,满足日常生产需求。

薄煤层破碎顶板综采工作面“拖管”式充填试验研究

针对黄河北薄煤层、薄基岩、厚冲积层、顶板破碎、吨煤利润低、地表建筑物密集、全部跨落采煤地表下沉大等问题,在对综采架后自压式矸石充填、(似)膏体充填和(超)高水充填及高位离层注浆充填对比分析的基础上,提出了综采架后垮落带"拖管"充填的概念。结合赵官煤矿1703综采工作面开采技术条件,相似材料模拟试验和原生矸石、淋浆矸石压实度仿真试验,提出了"冒落"矸石压实分区和残余碎胀系数概念和"拖管"式充填时间-空间模型及工艺系统,并在该工作面试验成功。结果表明:薄煤层、破碎顶板、缓仰斜工作面,在不改造支架、不需堵漏的情况下进行垮落带"拖管"式充填是可行的;根据采-充量预计地表下沉系数为0.4,地表最大下沉量为50 cm。

基于拉格朗日算法的综放采场矿压显现规律研究

着重分析了时间、工作面推进距离及上覆岩层压力对采空区冒落矸石物理力学特性的影响,运用数值模拟方法,系统研究了工作面长度对综放采场矿压显现和顶煤破碎的影响规律,为综放开采技术方案的确定提供了理论依据。

锚索梁支护技术在薄煤层综采沿空留巷中的研究与应用

滨湖煤矿12202运输巷留巷中采用锚索梁支护方式,采煤时利用直接顶冒落矸石作为沿空留巷的充填材料,用工字钢棚作为巷内基本支护与巷内加强支护。矿压观测表明巷道支护状况良好,维护了巷道围岩的稳定性。

大倾角沿空留巷承载特性及控制研究

针对大倾角煤层开采沿空留巷采空区垮落矸石滚动下滑,刚性支护体往往会受到挤压、滑动等问题,采用数值模拟方法分析了大倾角工作面围岩的应力分布、塑性区范围及位移规律。结合理论计算,得出刚柔结合的支护体系更适用于大倾角工作面沿空留巷的结论,并结合工程实践对试验巷道进行监测。研究结果表明,大倾角工作面上部应力呈拱形分布,且随着煤层角度的增大,拱顶越向上端头移动,工作面上部应力释放区范围也越大,说明上端头应力可以得到及时释放,工作面顶板垂直位移具有非对称分区性,中、上部区域顶板垂直位移量远大于下部顶板垂直位移量;采用挡矸网及支柱刚柔结合的方法,对冒落矸石进行胶结充填,最终留巷效果显著,顶板上部位移量最大,为278 mm,钢筋网最终呈"C"字型,中部变形量最大,为343mm,巷道上帮锚索受力大于下帮锚索,最大值为24 MPa,监测数据表明,巷道稳定性良好,可满足实际工程的需要。