基于RSM-BBD法胶结充填材料配比优化及工程应用

针对煤层回采顶板垮落法产生的采煤固废堆放量大、长壁胶结充填开采中采充失衡等问题,内蒙古察哈素煤矿31采区采用连采连充巷式胶结充填采煤工艺,采用“隔三采一”的回采方式及“三强一弱”的充填模式。充填材料配比对充填成本与效果具有重要影响,针对原胶结充填材料中水泥消耗大、粉煤灰消纳少的问题,基于泰波理论确定矸石最佳粒径级配系数n为0.5,在此基础上,利用响应面法(RSM)优化材料配比。基于RSM-BBD (Box–Behnken Design)设计13组试验,建立充填体3、7及28 d单轴抗压强度与水泥质量分数X_(1)、粉煤灰质量分数X_(2)、固料质量分数X_(3)及3因素交互作用(水泥与粉煤灰交互作用X_(1)X_(2)、水泥与固料质量分数交互作用X_(1)X_(3)、粉煤灰与固料质量分数交互作用X_(2)X_(3))的回归模型,模型P值均小于10-4,模型可靠性强。试验结果表明:不仅单一因素对强度影响显著,且各因素的交互作用也对强度有一定的影响。强度随X_(1)与X_(3)的增加而增大,随X_(2)的增加先增大后减小,X_(1)对前期影响最显著,X_(3)对后期影响最显著,X_(2)对强度影响随龄期增长逐渐显著。X_(2)X_(3)对7 d强度影响显著,X_(1)X_(2)对28 d强度影响显著,X_(1)X_(3)对3、7和28 d强度均有显著影响。在X_(1)X_(3)对7、28 d强度的交互影响中,水泥与固料质量分数会相互促进两者对强度的增强作用,而在其他交互影响中,一因素的增加会对另一因素的影响效果起抑制作用。基于RSM确定合理配比为X_(3)取78%~79%, X_(2)取19%~20%;高强度充填时X_(1)取9%~10%,低强度充填时X_(1)取8%。察哈素煤矿303工作面共采出煤炭16.8万t,消纳矸石16.22万t,粉煤灰消纳增加量与水泥消耗减少量均达到1万t以上,大大节省了粉煤灰处理费用与水泥成本,具有良好的环境效益与经济效益。

察哈素煤矿巷道底鼓测试及治理技术研究

通过在察哈素煤矿东翼胶运大巷实施的底鼓测试试验,全程监测了底鼓的累计变化规律和底鼓波及岩层深度,并结合实际情况分析查明了引起察哈素煤矿巷道底鼓的原因,确定了该底鼓属于挤压流动性底鼓,制定了"混凝土反拱永久支护+底脚锚杆加固"的底鼓治理方案。

察哈素煤矿采空区覆岩“两带”高度研究

在煤层开采中,上覆岩层“两带”高度的确定对于矿井瓦斯抽采、水防治和顶板管理都具有重要的技术指导意义.本文采用现场冲洗液漏失量法和彩色钻孔电视孔内观测法,并与理论分析相结合研究了察哈素煤矿上覆岩层“两带”高度,结果表明:(1)垮落带高度为22.42~29.20 m,垮高比4.40~6.15.导水裂隙带高度为63.82~106.50 m,裂高比12.51~23.67,为了保证安全,取106.50 m为最大导水裂隙带高度,29.20 m为最大垮落带高度,察哈素煤矿属于超高导水裂隙带.(2)由同一个工作面的钻孔实测得到的“两带”高度比较吻合,由不同工作面地面钻孔实测得到的“两带”高度中,垮落带高度比较接近,而导水裂隙带高度差异较大.(3)钻孔实测结果与经验公式计算结果部分存在较大差异,提出在计算“两带”高度时应尽量考虑与其关系密切且重要的影响因素,使计算结果更接近于实际情况.