采空区充填体原位采样与力学性能检测

为了解和掌握某大型钼矿采空区内充填体的力学性质,以不同采空区内的大体积充填体中采集样品为研究对象,采用岩土工程领域中的地质钻孔取样方式,借助企业现场实验室的设备开展各项性能检测,分析不同采场内充填体的强度与变形特征。结果表明:不同采场内充填体性质存在一定的差异,即使处于同一采场内不同部位的充填体,其性质有时也存在较大的差异。通过详细的现场地质调查与样品描述,及对835 m和795 m两个中段6个采场的45个充填体试件力学性能检测,6个采场2701^(#)、3107^(#)、3903^(#)、2304^(#)、2306^(#)、2702^(#)之中充填体试件的强度范围依次为:2.387~9.204 MPa、0.370~7.273 MPa、0.915~4.121 MPa、1.459~17.208 MPa、1.471~17.778 MPa、0.308~3.509 MPa,经过分析可知产生充填体性质差异的原因是多方面的,由于颗粒级配和矿物成分的空间分布随采空区工艺条件而发生了变化,造成了充填料浆沉缩和固结硬化过程也有所不同,同时充填胶凝材料的离析也对充填体的局部性质产生了较大影响。针对采空区内充填体性质分布不均匀的实际情况,为防止因开采爆破振动而产生充填体大面积垮落情况的发生,确保生产人员与采掘设备及井下构筑物免遭危害,在二步骤采矿过程中采取了分2~3个区段开采的方式,从现场观察的情况来看充填体完好率基本可以控制在85%~90%左右,从而最大限度地维持了充填体在整个开采过程中的完整性与稳定性。

东塘子-铅硐山铅锌矿床采空区充填方式探讨

随着东塘子-铅硐山铅锌矿开发工程推进,井下采空区增多,严重影响和制约矿山采矿生产进程。分析了采空区分布现状,总结了前期充填试验的经验和教训,提出后续回采及采空区充填建议。通过分析深部资源开发、采空区充填方式和充填物料,以延深小的独立铅锌矿体为首采地段,为井下废碴充填提供空间;再对陡倾斜、延深大的翼部矿体进行独立分段,并在分段内由下向上逐层回采并充填采空区;最后对鞍部富厚矿体分批次间隔式开采并充填采空区。通过采空区充填,达到减轻井下地压危害,实现资源高效开发和废碴综合利用的目的。

煤矿采空区充填用煤矸石泡沫混凝土发泡剂的研究

为防止地表沉陷,煤矿采空区需要充填,目前采用的充填方法为胶结充填、高水速凝充填等。泡沫混凝土具有质轻、流动性好的特点,可作煤矿采空区的充填材料。制备低水泥用量、含粗颗粒煤矸石的泡沫混凝土对发泡剂的泡沫稳定性要求较高,目前市售的发泡剂难以满足要求。在探讨发泡剂发泡、稳泡原理的基础上,研究了稳泡剂(D)的加入量对发泡液黏度、发泡倍率和泡沫稳定性的影响,以D与十二烷基硫酸钠(SDS)复配,研制出了高泡沫稳定性的发泡剂KD-1,该发泡剂的发泡倍率为21.3,开始泌水时间为7 min,90 min后沉降距为38 mm,并且考察了KD-1与混凝土早强剂的相容性。用此发泡剂制备出了最大粒径为5 mm、煤矸石掺量为63%(质量分数)、体积密度分别为800 kg/m3、900 kg/m3和1000 kg/m3的煤矸石泡沫混凝土,其90 d单轴抗压强度分别为0.4 MPa、0.63 MPa和1.75 MPa。

采空区充填控制覆岩沉降相似模拟

采用相似材料模拟实验方法,对采空区充填控制地表沉陷相似材料模拟实验,模拟工作面采空区充填控制地表及覆岩移动,采用3种不同强度充填材料充填开采推进过程中工作面采空区,观测地表及覆岩移动规律.得到了充填开采条件下地表及覆岩的移动规律,充填材料的强度与地表下沉系数的关系,采空区充填的空间与充填时间的关系,为解决采空区充填开采提供了科学依据.

基于采空区充填材料的煤矸石活化机理研究

研究了机械活化、机械-热活化、机械-化学活化、复合活化(机械-热活化-化学活化)技术对煤矸石-水泥胶砂试样不同龄期的抗折、抗压强度的影响,揭示了煤矸石的活化机理,获得了活化工艺及参数。研究结果表明,煤矸石复合活化效果优于其他三种活化方式;煤矸石的煅烧温度在700℃左右,激发剂的配比(质量分数)为5%生石灰、1%二水石膏、1.5%硫酸钠时,煤矸石活性较高。活化后配制成的充填材料强度能满足煤矿采空区对充填材料的要求。此方法工艺简单,成本低廉,研究成果对于循环经济与环境保护具有重要意义。

石膏矿采空区充填对围岩控制机理的研究与应用

随着建材行业的不断发展,对石膏利用的重点也从传统的化工、农业及水泥业向新型建材方面转移,如新型建筑装饰材料及注浆胶凝材料等,都增加了对石膏及其制品的需求。针对当前石膏矿山采空区治理及防护面临的问题,从采空区不稳定影响因数以及充填等效采高力学模型等方面,阐述了充填技术在石膏矿山采空区稳定治理方面的控制机理,选择在断层构造影响的最不利状态下,模拟了矿房充填后对上覆岩层的支撑效果。模拟结果表明,充填体对上覆岩层能够进行可靠地支撑,完全可以确保地表不发生大面积塌陷变形,地面建(构)筑物及植被能够得到永久保护。

固体废弃物采空区充填前景浅析

固体废弃物井下换煤充填采空区是一种良好的固体废弃物的解决方案,能够大大的减轻固体废弃物堆积过程中风化扬尘、自燃等对生态环境的影响,也能减少对土地资源的占用,同时减轻了安置搬迁的压力,具有良好的生态效益、经济效益、社会效益。文章就城市固体垃圾及煤矸石进行分析,探讨采空区充填的新途径。

采空区充填治理封闭工程设计与施工

介绍了基于尾泥加胶结剂充填治理老采空区方案基础上的封闭工程设计及施工要点

煤矿采空区充填高浓度胶结材料流变特性试验研究

为保证高浓度胶结材料顺利输送到采空区,并控制其堆积效果,选取水泥和粉煤灰为胶结材料,风积砂为骨料,对不同胶结材料配比下高浓度充填浆液流变特性的影响规律进行研究。结果表明:浆液浓度82%,胶骨比1∶5时,浆液的剪切应力、黏度和触变性随粉煤灰占比增大而减小。浆液浓度82%,胶结材料中水泥和粉煤灰比1∶3时,浆液的剪切应力和黏度均较小,触变性随浆体中骨料占比的减小而减小。胶骨比1∶3,胶结材料中水泥和粉煤灰比1∶3时,浆液的剪切应力、黏度和触变性随浆体浓度减小而减小。流动性好且触变性小的浆液材料有利于高浓度充填浆液泵送,即所选浆液需浓度和胶骨比相对较小,粉煤灰含量相对较大,此时浆液的剪切应力和黏度均较小,浆液的流动性较好,触变性较差。

灵宝铁矿采空区充填稳定性分析

为避免灵宝铁矿露天边坡滑坡及采空区失稳垮塌,拟对-50 m水平采空区进行充填处理。采用三维有限元法对未充填、石灰土和尾砂充填下的露天边坡及采空区的稳定性进行模拟分析,得出在充填情况下,露天边坡及采空区稳定性得到有效改善。通过对比两种充填方案的施工工艺、经济成本等,建议该矿采空区采用尾砂充填方案。

采空区充填物对矿井水的过滤净化技术探讨

通过对煤矿采空区充填物特征的分析,结合矿井水的特点和工业废水过滤净化过程,给出了利用采空区充填物对矿井水进行过滤净化的技术。

矸石充填材料性能研究及在采空区充填中的应用

煤矿生产过程中会产生大量矸石,矸石材料回填开采既可减少矸石排放、同时提高煤炭回收率,达到节能环保和绿色开采的要求,因此研究矸石充填材料性能、满足煤矿生产要求十分必要。通过实验室力学实验,研究了不同粒径矸石的应力应变关系;通过UDEC数值分析,研究不同充填率覆岩移动演化规律,最终确定充填矸石的相关参数,工业实践证明地表沉陷控制效果明显,研究结果具有较强实用性。

软岩矿井采空区充填、沿空留巷技术探讨与研究

榆树井煤矿沿空巷道受工作面动压叠加影响,沿空巷道底鼓变形严重。通过沿空巷道煤柱侧、非煤柱侧钻孔应力监测数据分析,软岩矿井0-30m煤柱均不能有效抵抗工作面动压叠加影响。通过采空区动压机理分析,软岩矿井采空区充填+沿空留巷有望实现沿空留巷。

采空区充填泡沫混凝土制备及其性能研究

我国煤矿自然发火现象非常严重,其中存在自然发火问题的煤矿高达56%,这使得采空区充填密闭问题成为煤矿安全的重点问题。我国采空区充填技术主要有干式充填、水砂充填以及胶结充填3种,在传统水泥胶结混凝土充填中,水泥用量较高,占充填材料成本的30%~60%。提出一种泡沫混凝土充填材料,泡沫混凝土质量轻、流动性强、成本低,可以保持一定的强度,完全可以作为一种新型的充填体在煤矿采空区回填中使用。本文对泡沫混凝土试样的成型品质、纤维品质、干密度、吸水率、抗压强度、劈裂抗拉强度等参数的测试,通过正交试验对比分析确定了一种泡沫混凝土材料。数据结果表明,在以水泥为1800 g的基准条件下,泡沫量(ml)、纤维(g)、水(ml)、防水剂(ml)、减水剂(ml)、促凝剂(g)分别为360 ml、3 g、750 ml、5 ml、20 ml、90 g的配比下,试样综合性能最佳。

煤矿采空区智能充填深度神经网络算法

【目的】采空区智能充填是煤炭资源绿色安全智能高效开采的重要方向,其关键在于对井下采空区矸石充填过程进行智能决策与控制。【方法】为实现该目标,以采空区充填后围岩应力及变形作为监测指标,建立了一种采空区智能充填深度神经网络算法,该算法可以通过输入煤层埋深、厚度、工作面长度、直接顶厚度等关键基本参数,进行相应条件下不同充填方案的采场应力及围岩变形计算分析。将FLAC3D模拟400种不同条件下的充填开采结果作为数据集,对建立的智能充填深度神经网络算法进行训练测试,并和其余3种不同算法进行对比分析。【结果】结果表明:建立的智能充填深度神经网络算法总体优于随机森林、决策树和多元线性回归算法,每组数据运算平均速度仅为0.013 s;智能充填深度神经网络算法计算的顶板最大变形、工作面煤壁压力峰值、巷道超前支护距离等关键参数误差均值介于2%~8%之间;应用该算法针对现场实际条件进行测试,结果与现场实际结果基本吻合,表明该算法科学可行。【结论】本研究对煤矿绿色智能开采具有重要意义与价值。

井下采空区全尾砂充填材料试验研究

银鑫矿经过多年开采,井下形成较大采空区,为充填治理井下采空区,需要进行实验室充填材料试验。通过进行流动性和强度试验,并在室内和矿山井下采场中进行养护,优选得到最佳的充填料浆质量浓度和材料配比,确定了银鑫矿的充填工艺。结果表明,使用胶固粉G料作为胶凝材料,74%质量浓度、灰砂比1∶10可以达到3 d强度1 MPa以上;74%质量浓度、灰砂比1∶6可以达到28 d强度4 MPa以上,银鑫矿充填料浆在其井下采场条件下,充填体的强度明显降低,采场中的充填体强度只有室内试验试块强度的80%左右。

基于碳封存条带充填采空区内低温二氧化碳置换效果的多场耦合数值模拟

为了解条带充填采空区低温二氧化碳地质封存的压注方式对二氧化碳扩散路径和采空区气体置换时间限度的影响,以及探究压注过程采空区流场和温度场的变化规律,针对条带充填采空区的特点,提出后端压注和两端压注方式,利用Fluent数值模拟,对比两种压注方式的优劣程度.结果表明:两端压注比后端压注提前4 400 s达到置换限度;后端压注置换结果为二氧化碳体积分数达到20.1%,氧气体积分数降低4%,氮气体积分数降低16.1%;两端压注置换结果为二氧化碳体积分数达到11.2%,氧气体积分数降低2.3%,氮气体积分数降低8.9%;后端压注使采空区整体温度降低5.4℃,两端压注使采空区整体温度降低3.8℃.

采空区煤矸石浆体充填技术研究进展与展望

煤矸石浆体充填是一种低干扰条件下矸石无害化规模处置的重要技术手段,是实现煤炭绿色开采的重要途径之一,符合国家绿色发展理念。但针对浆体充填材料制备缓存、浆体长距离输送及采空区充填处置等方面的研究仍不完善,部分问题的研究尚属空白,严重制约浆体充填技术在煤矸石固废处置领域的发展。通过近年来研究,煤矸石浆体充填在基础理论及关键技术均取得了大量的成果。文章系统性地梳理了多种煤矸石充填固废处置技术及其发展历程,总结了其适用性及优缺点,阐述了浆体充填诞生的技术背景及科学内涵,明确了浆体充填关键技术与工艺原理。从大规模推广应用角度出发,总结了浆体材料精准制备与流变特性、矸石浆体长距离管输特征、采空区空隙空间浆体介入规律3项关键科学问题,围绕以上关键科学问题,重点开展了精准制浆技术、管道输送技术、浆体多位充填技术等方面的研究。分析了多因素耦合条件矸石浆体流变特性,揭示了矸石浆体成浆机理,构建了矸石浆体精准制备模型,提出了矸石浆体管道输送关键参数确定方法,总结了高位、低位、邻位3种形式的浆体流动扩散规律,进而指导浆体充填工程实践。在以上研究基础上,分析了浆体充填技术当前研究的不足及未来研究的重点难度,并对“双碳”背景下煤矸石浆体充填技术的发展趋势进行了展望,认为以下3个方向是今后研究的重点:(1)矿化CO_(2)制备负碳浆体技术;(2)基于MICP技术的浆体重构岩层技术;(3)浆体置换难采煤体流态化开采技术。

考虑采空区矸石非均匀充填影响的倾斜煤层沿空留巷稳定性分析

倾斜煤层开采后,由于采空区顶板冒落矸石在重力作用下向下运动堆积充填采空区,使得倾斜煤层沿空留巷矿压显现规律与水平煤层不尽相同。为研究倾斜煤层采空区矸石非均匀充填对沿空留巷围岩稳定性的影响,以四川龙门峡南煤矿3131运输巷为工程背景,对采空区垮落矸石充填分区长度进行量化,并采用双屈服模型反演得到采空区矸石分区压实特性参数;并以此为基础建立数值计算模型,重点研究了倾斜煤层沿空留巷全服务周期内围岩应力场环境和塑性区分布形态的演化特征,以及承载状态下巷旁充填体的应力状态和支护性能。研究结果表明:3131工作面采空区的充填压实区、完全充填区以及部分充填区的倾向长度分别为57.20、72.18、10.62 m;对于考虑采空区分区压实特性的倾斜煤层沿空留巷而言,其工作面前方支承压力和采空区残余支承压力沿煤层倾向随深度增加而增大;相比于一次采动,二次采动时工作面前方支承压力峰值和影响范围明显增大,侧向支承压力集中程度也明显提高;留巷阶段采空区垮落带矸石对巷道顶板岩层具有一定的支撑作用,侧向支承压力有明显的应力集中;受重复采动影响,两帮塑性区破坏范围发生顺层扩展现象,且巷道顶板与采空区顶板的塑性区相贯通,巷道靠近高帮侧顶板和两帮围岩破碎较为严重,稳定性较差;矿方现用的巷旁充填体采空区侧承载应力明显大于巷道侧,且水平应力大于垂直应力,巷旁充填体能够满足强度要求,但抗倾覆性能较弱。在此基础之上,分析了现有支护条件下巷道围岩稳定性的控制效果,并针对性地提出了3131运输巷围岩补强支护方案。

基于响应面法的采空区膏体充填材料强度影响因素研究

以大同东周窑煤矿采空区膏体充填材料为研究对象,通过室内流动性试验、保水性试验、抗压强度试验确定了煤矸石粉掺量、水泥掺量、减水剂掺量的配比。使用响应面软件设计了膏体材料试验方案,探究以煤矸石为主要成份的膏体材料在煤矸石粉掺量、水泥掺量、减水剂掺量3种因素及各因素两两交互作用下对膏体材料强度的影响规律,建立了3、7、28 d养护龄期的膏体材料强度与3种因素间的响应面回归模型,得到了膏体材料最佳配比。试验结果表明:水泥是膏体材料强度的最重要影响因素;水泥与减水剂的交互作用对膏体材料强度影响最大;膏体材料最佳材料配比为:煤矸粉掺量为10%、水泥掺量为11.7%、减水剂掺量为0.926%。