煤矿连采连充胶结充填体监测技术研究

为了对煤矿连采连充开采胶结充填体状态进行监测,基于连采连充工艺特点和充填体特性,提出了充填体状态监测的5项基本内容,主要包括液位监测、受力监测、强度监测、温度监测和应力监测,研究了各项监测内容的监测技术和监测方案。结果表明,液位监测采用浮标式液位监测技术适应性较好;受力监测采用挡墙压力计进行监测,量程约为150 kPa;强度监测通过实验室测试充填体的强度,并展望了原位强度测试技术;温度监测采用温度传感器来实现;应力监测采用千帕级和兆帕级双通道应力计进行监测。

连采连充工作面挡墙支架的研制

针对现用的连采连充工作面挡墙结构一致性差、经济性差、自动化程度低的问题,研制了一种新型可移动模块化挡墙支架。基于巷道布置与充填方案,确定挡墙支架的关键尺寸与机械结构,力学校验通过后试制样机,并开展地面模拟试验,新型挡墙性能表现优良。该挡墙方案自动化程度高,支护性能优,经济性更好,是更加可靠的连采连充挡墙方案,有广泛应用的潜力。

连采连充膏体充填工艺系统设计与应用

针对查庄煤矿工业广场下压煤开采问题,设计了连采连充膏体充填工艺系统,给出了参与灰浆制作与矸石破碎处理设备的各项参数,在保证膏体质量的基础上实现了绿色充填。采用充填工业泵对膏体进行泵送,充填巷道上端口采用喷射机进行上三角密封,从而保证了接顶率。在进行采动影响分析时发现,膏体充填后顶板最大离层量为20.5 mm,地表最大下沉量为27 mm,地表建筑在I级建筑物损坏等级之内,证明了方案的可行性,有效解决了该矿“三下”压煤开采问题。

连采连充工作面临空巷道围岩稳定机理及控制技术研究

为研究司马煤矿CT1101工作面采用连采连充开采时临空巷道的变形破坏机理,采用FLAC3D模拟分析了临空巷道在回采期间的全周期应力演化规律,可知采场内围岩应力分布呈波浪型动态迁移,提出以水力压裂切顶卸压为核心的巷道围岩控制技术,现场监测结果显示:巷道围岩应力环境得到有效改善,临空巷道变形量得到有效控制。

连采连充膏体充填技术在郭家湾煤矿应用研究

针对郭家湾煤矿地面建筑物下压煤资源多,采用传统地面搬迁方式开采成本高、难度大问题,结合矿井实际情况提出了连采连充膏体充填技术,阐述了该充填开采技术的技术原理及工艺流程,并采用概率积分法对充填开采区域对应的地表建(构)筑物地表移动变形进行了预测,同时在郭家湾煤矿进行了工程应用。结果表明,工作面支巷最大顶板下沉量为278 mm,顶板围岩变形量较小,工作面开采过程中矿压显现较为平缓,无较大的动压显现现象。开采范围内对应的最大地表下沉量为9.2 mm,满足规定标准对地表建筑物的使用要求。

梁家煤矿似膏体连采连充技术及工程实践

为解决梁家煤矿三下压煤问题,以2112工作面开采为工程背景,提出了短壁连采连充似膏体充填开采方法,优选了一种以炉渣、粉煤灰为主的似膏体充填材料配比,构建了由充填材料地面制备、井上下输送系统及短壁工作面连采连充一体化的绿色循环开采系统,并进行了地表变形控制效果预计及实测。方案应用结果表明:当粉煤灰质量占比65%、炉渣26%、水泥熟料7%、早强剂1%、减水剂1%和水胶比0.5时,粉煤灰-炉渣似膏体充填材料料浆浓度为66.7%,充填体单轴抗压强度可达到9 MPa,满足工程要求;梁家煤矿采用短壁连采连充开采方法,实测地表最大沉陷200 mm,地表控制在Ⅰ级损坏范围内,实现了不迁村建下安全高效开采。该技术在梁家煤矿的成功运用丰富了充填技术体系,可为其他矿井提供工程技术借鉴。

人工湖下连采连充煤炭开采地表移动变形预测研究

为研究人工湖下煤炭连采连充开采后的地表移动变形规律,对连采连充工作面进行了室内力学试验和现场取芯力学试验,验证充填体的可行性;基于等价采高概率积分法,对连采连充工作面进行地表沉陷预测;通过数值模拟计算,分析导水裂缝带发育高度,并与概率积分法结果进行对比。结果表明:充填体的强度5.063 MPa超过设计强度2.0 MPa,能够确保矿井的安全开采;连采连充工作面开采后,地表倾斜值极值0.3 mm/m,地表水平变形极值-0.2 mm/m,小于砖混结构建筑I级损坏范围,周围地表沉陷平缓,无安全隐患;导水裂缝带发育高度约49.7 m,距离隔水层约160.3 m,水下采煤安全,FLAC^(3D)数值模拟和概率积分法结果比较接近,验证连采连充技术可有效减缓地表移动变形。

连采连充式胶结充填采煤技术应用分析

以某煤矿工作面充填开采作为研究对象,从煤层赋存条件出发,对连采连充开采技术的适应性、可行性进行了分析,设计了充填开采方案,形成了井上与井下联动的充填系统,达到了充填材料混合与输送自动控制效果。从现场应用情况来看,充填开采覆岩控制效果较好,对类似巷道充填开采有一定的借鉴意义。

短壁连采连充式类型的采煤技术运用分析

基于我国西部十分脆弱的区域进行大量生产所形成的矸石减排和地表塌陷管理现状,率先提出了通过短壁巷式胶结充填采煤技术。在分析短壁巷式胶结充填采煤方式的基础上阐述了此技术工作面、布置情况、采冲的具体环节;研究了多种充填原材料的矿物组成、微观特点及不同比重环境中胶结充填材料的具体性能;说明了此种技术方式的构成还有设计理念,这其中涉及到料浆制备系统、管道输送系统、监测部分以及工作面的充填系统。通过相关研究可以证实:短壁连采连充式胶结充填采煤技术处于5 m的厚近水平煤层里的充填情况能够超过95%,顶板的最大下沉情况达到102 mm,地表的最大下沉量为8.9 mm,而且使用了24.5万t矸石,所具有的作用十分突出。

煤矿连采连充式胶结充填采煤技术与典型工程案例

为了解决煤矿胶结充填开采成本高、充填工艺复杂、采充矛盾突出等问题,研发了可实现采充并行作业的连采连充采煤工艺,研究了不同配比充填材料的流动特性与龄期强度变化规律,提出了适应于不同煤层倾角的充填料浆井下混合与地面混合输送系统,以及相应的工作面密实充填方法,形成了完善的连采连充式胶结充填采煤成套技术。研究了不同充填开采模式影响下,充填采煤过程采场围岩应力动态迁移规律;基于影响充填采场围岩变形的“三量”特征,提出了充填采场覆岩移动“三度”控制原则,即较快的充填速度、合理的采空区充实度与稳定的充填体强度。阐明了煤柱与充填体交替承载控顶机理,揭示了连采连充分步置换煤炭技术原理:煤柱与充填体交替承载控顶可保证稳定的充填空间,分步置换煤柱可保证充填材料具有合理的胶结固化时间,实现采煤和充填互不干扰,工作面可连续的开采和连续的充填,采充最大限度地平行作业,大幅提高胶结充填采煤效率。研究成果应用于内蒙古西部地区4个煤矿-生态园下采煤、复合顶板、处理固体废物、回收遗留大巷保护煤柱,并进行典型工程应用案例分析。现场试验结果表明:连采连充式胶结充填采煤技术在4个煤矿均取得了良好的工程应用效果,可有效控制岩层移动、高效置换遗留煤炭资源。

长城五矿连采连充自流充填工艺设计

以内蒙古长城五矿的实际生产情况,针对“三下”压煤开采问题,设计了连采连充自流充填工艺,并将其划分为“制浆”“输矸”两部分。制浆站可在计算机控制下实现全自动生产,并采用可视化技术对制浆系统运行状态进行监控。并在采区现场进行组装、调试与运行。最后对充填效果进行分析,证明了连采连充自流充填工艺在长城五矿充填开采作业中是完全可行的,实现了矿井绿色开采,可以有效解决长城五矿“三下”压煤问题。

“连采连充”自流充填系统的设计与应用

针对内蒙古长城五矿“三下”压煤问题,首先对连采连充自流充填工艺进行设计,根据自流充填工艺流程,完成了自流充填系统模块设计。其次对自流充填系统所包含的设备进行设计选型,运用Solidwork对设备建立三维模型,运用Workbench/fluent对高速涡轮制浆机进行流场仿真,并在现场完成了充填系统的组装、研究结果表明,本自流充填系统、安全性好、充填质量高,可以有效解决长城五矿“三下”压煤问题。

矸石胶结连采连充技术在近距离煤层的研究与应用

基于长壁开采工艺在近距离煤层群开采中存在的地应力适应性差且煤层开采后导致下伏煤层巷道围岩变形严重,难以实现近距离煤层的安全高效开采问题。以某矿3上煤层充填工作面及3下煤层8300运输大巷为工程背景,借助于数值模拟试验、现场实测等技术手段,提出了矸石胶结连采连充技术(简称连采连充技术)并分析了该技术应用于近距离煤层开采后围岩运动规律,论证了采连充技术在近距离煤层群中应用的可行性。连采连充技术研究成果如下:(1)充填工作面设置支巷和煤柱巷进行开采,先采支巷,充填凝固后再采煤柱巷,实现了采充平行作业,工作面支巷及煤柱巷宽度均为5 m(此数据仅供参考);(2)数值模拟试验表明充填工作面围岩塑性区分布范围主要在0~5 m,应力峰值出现在煤柱巷为12.8 MPa,最大底鼓量及顶板下沉量出现在工作面中部分别为12.1 mm和80.2mm,底板破坏形态呈现"波浪形"分布;(3)现场实测表明充填工作面底板破坏形态大致分为上部破坏区、中部完整岩层带及下部塑性区3部分,充填工作面底板破坏最大深度为4.8 m,距3下煤层8300运输大巷15.35 m,不影响该大巷正常使用。连采连充技术目前已在新矿集团裕兴煤矿、孙村煤矿、翟镇煤矿等矿井进行了现场应用,在消化煤矸石的同时成功将近距离煤层安全高效的回采出来,取得了较好的经济效益、社会效益和环保效益。

连采连充充填开采工艺在天裕煤矿的应用与分析

本文对天裕工贸煤矿现采用的液压支架架后充填采煤工艺适应性进行了分析,并结合矿井实际生产及地质条件提出采用连采连充充填采煤工艺。该技术经现场实践成功,可为类似条件下矿井的充填开采提供一定的借鉴。

连采连充技术巷道布置及充填条带参数确定

司马煤业为解决地表建筑压覆资源问题,预采用连采连充技术对一采区压覆资源进行充填开采试验。文章设计在一采区布设首个连采连充工作面1116.1116连采连充工作面通过现有开拓大巷向东延伸出的3条准备巷道沟通各个生产系统;工作面由4条巷道组成,采用“W”型巷道布置方式,通过方案比较和理论计算得出了充填开采条带的长度和宽度。

天裕煤矿连采连充开采技术的应用

为高效开采"三下"压煤,结合天裕煤矿的工程地质条件,通过充采工作面的合理布置,采用采充并行的开采模式,利用膏体充填材料进行空区充填,在110901工作面成功采出煤炭14.6万t,实现经济效益2190万元,且达到了控制地表下沉的目的。

煤矿连采连充工作面采充顺序及采充工艺设计

煤矿连采连充作为近几年发展起来的一种新型充填开采技术,其采充顺序和采充工艺为该技术能否成功的关键。文章对司马煤业1116连采连充工作面进行了设计,其南北两翼各布置一个采充循环,每个采充循环中的12个采充条带分阶段依次进行采充作业。条带的开采采用传统的综合机械化掘进工艺,先开切眼后挖底;而条带的充填要分为首充、二充和分段充等3个阶段,为确保接顶效果,还需要在适当位置吊挂充填管路和排气管路。

利民煤矿连采连充开采设计

利民煤矿共计压覆煤炭资源约3100万吨,其中可回采保护煤柱资源(高速公路、天然气管道、工业广场、镇区民宅、墓地等压覆煤炭资源)约1723万吨。不可回采保护煤柱资源(断层、水源地、井田境界)约1377万吨。如不能采用先进的开采方法进行回收,不仅浪费了煤炭资源,而且缩短矿井服务年限,若后期回收这些资源,将会增加矿井原煤生产成本,且难度大、风险高。经多方考察调研,连采连充采煤法是解决矿山采出矸石、彻底杜绝矸石山污染及置换压覆煤炭资源的最佳方案,是保障矿井正常组织生产、提高矿井煤炭资源回收率、延长矿井服务年限、提高企业经济和社会效益的最有效途径。

浅埋煤层连采连充岩层控制研究

为了研究连采连充充填体、煤柱及覆岩应力应变特征,本文以某煤矿51106工作面巷式充填为背景建立了相关物理相似模型,通过将物理实验和数值试验结果进行对比,建议连采连充首采面51106工作面充填率应不低于95%,充填体弹性模量不低于1 GPa,采充轮次为3,充填体单轴抗压强度不低于5 MPa。

壁式连采连充保水采煤条件下隔水层与地表变形特征

针对传统长壁式充填开采存在的充填与开采相互制约,有效充填空间不足等问题,提出了壁式连采连充保水采煤方法。首先将整个开采块段按照长壁系统设计运煤、运料及通风系统。此后,将块段内的采场巷道(宽巷)划分为若干开采阶段,在开采阶段内对采场巷道进行跳采式开采。每条采场巷道开采完毕,然后对其进行充填,直到开采并充填完阶段内的所有采场巷道,再进行下一阶段采场巷道的开采和充填,最终实现保水采煤。采用实验室物理模拟研究壁式连采连充"采充并行"保水采煤条件下的隔水层与地表变形特征,并进行了现场工业性试验。研究结果表明,所有阶段开采充填完毕后,隔水层的水平变形最大值小于2～3mm/m,隔水层仍具有隔水能力,可以实现保水采煤。在块段采出率超过90%的条件下,地表变形指标的最大值均小于国家规定的建筑物Ⅰ级损坏等级指标。