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Joint Bearing Mechanism of Coal Pillar and Backfilling Body in Roadway Backfilling Mining Technology 被引量:2
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作者 Zhengzheng Cao Ping Xu +3 位作者 Zhenhua Li Minxia Zhang Yu Zhao Wenlong Shen 《Computers, Materials & Continua》 SCIE EI 2018年第2期137-159,共23页
In the traditional mining technology,the coal resources trapped beneath surface buildings,railways,and water bodies cannot be mined massively,thereby causing the lower coal recovery and dynamic disasters.In order to s... In the traditional mining technology,the coal resources trapped beneath surface buildings,railways,and water bodies cannot be mined massively,thereby causing the lower coal recovery and dynamic disasters.In order to solve the aforementioned problems,the roadway backfilling mining technology is developed and the joint bearing mechanism of coal pillar and backfilling body is presented in this paper.The mechanical model of bearing system of coal pillar and backfilling body is established,by analyzing the basic characteristics of overlying strata deformation in roadway backfilling mining technology.According to the Ritz method in energy variation principle,the elastic solution expression of coal pillar deformation is deduced in roadway backfilling mining technology.Based on elastic-viscoelastic correspondence principle,combining with the burgers rheological constitutive model and Laplace transform theory,the viscoelastic solution expression of coal pillar deformation is obtained in roadway backfilling mining technology.By analyzing the compressive mechanical property of backfilling body,the time formula required for coal pillar and backfilling body to play the joint bearing function in roadway backfilling mining technology is obtained.The example analysis indicates that the time is 140 days.The results can be treated as an important basis for theoretical research and process design in roadway backfilling mining technology. 展开更多
关键词 Roadway backfilling mining technology coal pillar backfilling body joint bearing mechanism energy variation principle
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结构充填“保水-储水”采煤顶板稳定性分析 被引量:15
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作者 杜献杰 冯国瑞 +5 位作者 戚庭野 郭育霞 王泽华 张玉江 李振 白锦文 《煤炭学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2019年第3期820-829,共10页
在结构充填开采基本思想的指导下,根据我国西北干旱半干旱地区保水采煤与矿区水资源安全高效存储的实际需求,充分发挥条带式结构充填保护含水层结构与煤矿地下空间再利用的优势,提出条带式结构充填"保水-储水"采煤构想。在分... 在结构充填开采基本思想的指导下,根据我国西北干旱半干旱地区保水采煤与矿区水资源安全高效存储的实际需求,充分发挥条带式结构充填保护含水层结构与煤矿地下空间再利用的优势,提出条带式结构充填"保水-储水"采煤构想。在分析了条带式结构充填覆岩结构特征基础上,采用弹性地基上的有限长梁模型对"充填条带-直接顶"整体结构进行了力学分析,并结合初始参数法分段解析了直接顶变形方程。同时根据"保水-储水"的功能要求,提出了条带式结构充填"保水-储水"采煤的直接顶控制原则。根据新阳矿区工程地质条件和充填材料性能,通过理论计算得到条带式结构充填的临界充填率为51%,最大充填间距为11.95 m。通过FLAC^(3D)数值模拟对新阳矿区条带式结构充填"保水-储水"方案进行了优化设计,结果表明:在保持充填率基本不变的情况下,随着充填间距的减小,直接顶自承载能力逐渐增强,可形成"充填条带-直接顶"结构控制体系,对上覆岩层的控制作用明显提升;充填间距的减小缓解了充填体和直接顶内的应力集中现象,显著减小了充填条带和直接顶内的塑性区范围,有利于充填条带和直接顶的长期稳定,进而实现条带式结构充填"保水-储水"的目的;综合分析得到了新阳矿区条带式结构充填"保水-储水"采煤的最佳充填方案为间隔2 m充填2 m。 展开更多
关键词 “保水-储水”采煤 条带式结构充填 “充填条带-直接顶”结构 充填间距 自承载能力
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沿空留巷耦合承载围岩动态迭加支护技术 被引量:2
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作者 曹其嘉 陈勇 +1 位作者 张建超 陈辉 《煤矿安全》 CAS 北大核心 2019年第5期95-99,共5页
结合沿空留巷充填体和围岩承载结构特点,针对留巷大变形问题,提出多区域强化的"强帮控顶阻底"动态迭加耦合支护技术,通过构建沿空留巷耦合承载系数模型和数值计算模型,分析了不同加固支护技术条件下围岩耦合承载规律,反演耦... 结合沿空留巷充填体和围岩承载结构特点,针对留巷大变形问题,提出多区域强化的"强帮控顶阻底"动态迭加耦合支护技术,通过构建沿空留巷耦合承载系数模型和数值计算模型,分析了不同加固支护技术条件下围岩耦合承载规律,反演耦合控制作用,研究结果已成功应用于工程实践。数值模拟和工程实践表明:留巷耦合承载系数越小,围岩变形量越大、越不稳定;反之,围岩变形越小、越稳定、承载性能越强。通过对充填体、实煤体、充填区域顶板和底板分区域加固,减小了围岩变形,提高了充填体和围岩的耦合承载效果,围岩控制效果较好。 展开更多
关键词 沿空留巷 实煤体 充填体 耦合承载 围岩控制
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煤岩组合体破坏前能量积聚规律试验研究 被引量:9
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作者 陈光波 李谭 +2 位作者 张国华 吕鹏飞 吴祥业 《煤炭学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2021年第S01期174-186,共13页
煤系地层是由多种岩层相间互层构成的,每种岩层的力学性质不同,其能量积聚能力也不同,这就导致了煤岩系统中的能量分布具有不均等性,为探索煤岩系统中的能量积聚规律,确定引发冲击地压的能量积聚关键层位,对自主构建的不同岩性和煤岩比... 煤系地层是由多种岩层相间互层构成的,每种岩层的力学性质不同,其能量积聚能力也不同,这就导致了煤岩系统中的能量分布具有不均等性,为探索煤岩系统中的能量积聚规律,确定引发冲击地压的能量积聚关键层位,对自主构建的不同岩性和煤岩比例的组合体开展单轴压缩试验。结果表明:①随着煤岩比例的增大,组合体破坏区域由整体破坏到半整体破坏到局部破坏逐渐过渡,破坏类型由“碎状”完全破坏、“Y型”半完全破坏到“点式”不完全破坏逐渐过渡。②随着煤岩高度比增加,组合体强度、弹性模量逐渐减小、峰前能量逐渐增多;岩石组分对于组合体的强度和弹性模量具有一定的提升作用,岩石组分的硬度越大,组合体的强度和弹性模量也越大,但组合体峰前能量越少。煤岩组合体的冲击能量指数均在5.164~6.049,具有强冲击倾向。③构建了煤岩组合体力学模型,基于煤岩结构特征及其力学特性分析借助组合体和组分的应力-应变曲线,推导了同径煤岩组合体与非同径煤岩组合体破坏前的能量分布计算公式。④细砂岩-煤组合体中煤组分积聚能量占比在60.00%~94.54%,细砂岩组分积聚能量占比在5.46%~40.00%;粗砂岩-煤组合体中煤组分积聚能量占比在54.55%~89.64%,粗砂岩组分积聚能量占比在10.36%~45.45%;三元组合体煤组分能量积聚占比为66.13%,78.48%,粗砂岩组分积聚能量占比为19.35%,13.29%,细砂岩组分积聚能量占比为14.52%,8.23%。所有组合体中煤组分积聚能量占比均大于50%,煤组分是能量积聚的主要载体。组合体各组分的能量积聚顺序为:煤>粗砂岩>细砂岩,弹性模量小的软弱岩层(煤层),能量积聚能力更强。随着煤岩比例增大,煤组分能量占比也增大。⑤理论分析了煤岩组合体能量积聚规律,揭示了深部开采活动中冲击地压的易发机制,并且针对坚硬顶板-煤体-坚硬底板这种能量承载结构,从能量积聚层位的角度,提出了直接释能和间接释能2种能量缓控理念及措施,并进行工程实践。微震监测和巷道变形观测结果表明:直接释能和间接释能措施破坏了能量承载结构,有效释放了其中的能量,防止了冲击地压的发生。 展开更多
关键词 冲击地压 煤岩组合体 能量积聚 承载结构 缓控理念
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长壁逐巷胶结充填巷道复合承载体支护研究
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作者 姚依南 董超伟 +2 位作者 赖万安 郭亚奔 钟磊 《煤矿安全》 CAS 北大核心 2021年第11期195-204,共10页
长壁逐巷胶结充填开采过程中充填巷道的支护效率极大地影响了掘巷速度,为了简化回采过程中充填巷道两侧处于煤体-煤体、充填体-煤体、充填体-充填体围岩动态组合时的支护,通过数值模拟得出单个开采循环内煤体和充填体的应力演化规律,针... 长壁逐巷胶结充填开采过程中充填巷道的支护效率极大地影响了掘巷速度,为了简化回采过程中充填巷道两侧处于煤体-煤体、充填体-煤体、充填体-充填体围岩动态组合时的支护,通过数值模拟得出单个开采循环内煤体和充填体的应力演化规律,针对充填巷道周围煤与充填体的不同复合承载特点,设计了3种支护方案,并分析了支护效果。结果表明,单个开采循环内的不同阶段煤体都为复合承载体系中的主要承载部分,其垂直应力最大可达34.4 MPa,应力集中系数为2.33;充填体垂直应力变化范围约为0.5~2.13 MPa,变化幅度小;在掘进过程中减少对充填体侧的支护时,处于3种状态的充填巷道断面收缩率分别为2.84%、4.38%、13.33%,即单个开采循环中存在煤体-充填体复合承载时减少支护对巷道变形影响较小。 展开更多
关键词 长壁逐巷开采 煤体-充填体复合承载 数值模拟 应力演化 巷道支护
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膏体置换煤柱充填体承载特性及工作面支护强度研究 被引量:18
6
作者 郭惟嘉 江宁 +1 位作者 王海龙 陈绍杰 《采矿与安全工程学报》 EI CSCD 北大核心 2016年第4期585-591,共7页
以山东能源集团岱庄煤矿2351膏体充填置换条带煤柱工作面为例,对井下充填体承载特性及工作面支护强度进行了研究。在分析膏体充填开采顶板运动特征的基础上,建立了膏体充填开采顶板稳定性力学模型,推导出了膏体充填开采工作面支护强度... 以山东能源集团岱庄煤矿2351膏体充填置换条带煤柱工作面为例,对井下充填体承载特性及工作面支护强度进行了研究。在分析膏体充填开采顶板运动特征的基础上,建立了膏体充填开采顶板稳定性力学模型,推导出了膏体充填开采工作面支护强度力学关系式。结果表明:膏体的力学性质离散性较大,强度较高,弹性模量和泊松比偏低,在低围压下膏体即表现出典型的塑性强化特性。充填采场上覆岩层主要存在裂缝、离层和弯曲下沉,不存在垮落带。充填体上分布的垂直应力既不是大小相同的水平线,也不是类似于条带煤柱上的马鞍形分布,而呈现出波浪形分布,自充填完成至覆岩运动稳定,充填体受力未出现突变现象,是一个逐步增大并趋于稳定的过程。2351膏体充填工作面现选用的充填式液压支架虽可有效地控制顶板下沉,但未能发挥所选支架的效能,还可进行适当优化。 展开更多
关键词 条带煤柱 膏体置换开采 充填体承载特性 工作面支护强度
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深部煤层超高水充填工作面充填体—支架—煤体协同承载机制 被引量:6
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作者 王方田 高翔 +2 位作者 冯光明 常庆粮 郭广礼 《采矿与安全工程学报》 EI CSCD 北大核心 2022年第4期663-673,共11页
深井超高水充填开采岩层控制效果受充填体力学特性、支架与推进速度等因素影响,其中充填体—支架—煤体承载结构起关键作用,充填体—支架—煤体协同承载机制是当前深部煤炭资源绿色开采亟待解决的科学难题。为探究三者协同承载关系,以... 深井超高水充填开采岩层控制效果受充填体力学特性、支架与推进速度等因素影响,其中充填体—支架—煤体承载结构起关键作用,充填体—支架—煤体协同承载机制是当前深部煤炭资源绿色开采亟待解决的科学难题。为探究三者协同承载关系,以深部煤层超高水充填工作面为工程背景,分别进行了超高水固结体宏观力学与微观结构测试,得到充填体强度与时间变化的函数关系、宏观力学特性与细观渐进损伤关联机制;构建了充填体—支架—煤体协同承载力学模型,推导了超高水充填工作面顶板挠度微分方程,提出充填体—支架—煤体协同承载效果主要影响因素为工作面推进速度、支架支护强度和充填体水体积比,揭示了充填工作面充填体—支架—煤体协同承载机制,确定了合理工作面推进速度及支架工作阻力;采用FLAC软件建立充填体—支架—煤体协同承载数值模型,分别模拟在不同推进速度、支架支护强度、充填体水体积比条件下的承载特点,提出并应用了合理工作面参数。研究结果表明:当工作面推进速度小于1.8 m/d、支架支护强度高于0.64 MPa、充填体水体积比低于94.7%时,充填体达到了预期支撑强度,工作面覆岩应力降低、前方煤体应力集中系数减小、超前支护区巷道变形量小,充填体—支架—煤体协同承载有效提高了充填效果,为实现深部煤层安全高效绿色开采提供了科学依据。 展开更多
关键词 深部煤层 充填开采 充填体—支架—煤体 协同承载 绿色开采
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充填回收房式采空区煤柱材料强度选择 被引量:1
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作者 申骏超 王寅仓 +1 位作者 王占元 靳建伟 《煤矿安全》 CAS 北大核心 2014年第9期222-225,共4页
为了选择合理的条带充填体材料强度,针对房式采空区充填条带受力特点建立数值计算模型,明确了充填体承载能力的影响因素。对有较大影响的因素安排正交试验,借助正交试验得到的数据建立了充填体强度选择神经网络预测模型,具有较好的预测... 为了选择合理的条带充填体材料强度,针对房式采空区充填条带受力特点建立数值计算模型,明确了充填体承载能力的影响因素。对有较大影响的因素安排正交试验,借助正交试验得到的数据建立了充填体强度选择神经网络预测模型,具有较好的预测效果,同时确定了适合工程实践煤矿的合理充填材料强度。 展开更多
关键词 房式充填 充填体承载能力 充填材料强度 数值模拟 煤柱
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深部开采充填体与煤柱协同承载效应研究 被引量:27
9
作者 王方田 李岗 +3 位作者 班建光 彭新宁 李少涛 刘士法 《采矿与安全工程学报》 EI CSCD 北大核心 2020年第2期311-318,共8页
深井充填工作面矿压显现强度与地表沉陷变形控制效果受充填体强度、充填率、煤柱宽度及充填体与煤柱承载匹配等因素影响,合理的充填体与煤柱协同承载是实现深部煤炭资源绿色开采的关键。为揭示深井充填工作面充填体-煤柱协同承载效应,... 深井充填工作面矿压显现强度与地表沉陷变形控制效果受充填体强度、充填率、煤柱宽度及充填体与煤柱承载匹配等因素影响,合理的充填体与煤柱协同承载是实现深部煤炭资源绿色开采的关键。为揭示深井充填工作面充填体-煤柱协同承载效应,结合义能煤矿地质生产条件,构建充填体-煤柱承载结构力学模型,探究充填体与围岩相互作用特征、充填体与煤柱协同承载作用过程。采用PFC软件模拟计算“充填体-煤柱”在不同充填率、充填强度条件下的承载特点,揭示超高水充填工作面充填体-煤柱应力分布及覆岩裂隙发育规律。研究结果表明:当超高水充填料充填率超过90%、水灰比低于95%时,煤柱应力集中程度较低,能够保持较好稳定性,顶板破断仅发展至基本顶,充填体-煤柱协同承载有效降低了工作面矿压显现强度与覆岩运移范围,为实现深部煤层绿色开采提供了科学依据。 展开更多
关键词 充填开采 深部煤层 充填体-煤柱 协同承载 安全高效绿色开采
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基于Salamon模型的采空区应力响应特征及区段煤柱合理留设宽度研究 被引量:4
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作者 张宏 姜泽 +1 位作者 樊建宇 李竹 《矿业研究与开发》 CAS 北大核心 2022年第9期79-83,共5页
针对临空巷道大变形及控制难题,以陕北某矿5煤两相邻工作面开采为研究背景,提出了通过优化区段煤柱留设宽度来减小巷道变形的方法。综合采用理论分析和数值模拟,研究了不同区段煤柱宽度下采空区应力分布特征及中部应力恢复区宽度,区段... 针对临空巷道大变形及控制难题,以陕北某矿5煤两相邻工作面开采为研究背景,提出了通过优化区段煤柱留设宽度来减小巷道变形的方法。综合采用理论分析和数值模拟,研究了不同区段煤柱宽度下采空区应力分布特征及中部应力恢复区宽度,区段煤柱载荷分布形态及演化特征,并结合区段煤柱弹塑性演化规律,确定区段煤柱合理留设宽度。结果表明:(1)双面开采后,首采工作面采空区Salamon单元垂直应力呈不对称“马鞍形”分布,且随着区段煤柱宽度的增加,应力峰值从5.8 MPa逐步减小至3.9 MPa,采空区应力恢复区宽度从187 m缩减至162 m;而临空工作面采空区Salamon单元采空区垂直应力呈“尖顶拱形”分布,峰值及中部应力恢复区宽度变化不大;(2)随着区段煤柱宽度的增加,其垂直应力分布形态由“拱形”逐步演化为“马鞍形”,应力峰值由37.19 MPa逐步减小至28.32 MPa,垂直应力趋于均匀化,并以弹性核区占比40%作为煤柱临界失稳判别指标,确定区段煤柱的合理宽度为20 m,与理论计算结果基本一致。 展开更多
关键词 临空工作面 “采空区垮落矸石+区段煤柱”联合承载体 煤柱宽度 Salamon模型
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