Creep Property of Solidifying Backfill Body of High-Water Material

On the basis of the creep test of bigh-water materisl solidifying backfill body(abb. HW body), This paper discusses its creep properties- The visco-elasto-plastic model, which shows the creep properties of HW body, is developed, and the creep contitutive equations are deduced. The visco-elastoplastic model is proved by the experiments and practice.

REQUIREMENT OF FLUIDITY OFHIGH WATER CONTENT MATERIALS FOR THE GETWAY-SIDE BACKFILLING TECHNIQUE

Through analyzing the effects of water consumption, diameter of solid particle, and flow vefority on the fluidity of high water content material slurry, the relatinnship among the fluidity, the isotropy of the slurry, and the pumping facilities applied in getway-side backfilling has been found. And the requirment of fluidity of high water content material for the design of getway-side back filling technique is put forward in the paper.

煤矿负碳高效充填开采理论与技术构想

矿山安全高效绿色低碳开采是永恒的主题,近零冲击地压、近零生态损害以及低碳、零碳、负碳的绿色开采将成为保障我国能源安全供应与绿色低碳发展的新要求。充填开采是实现这一要求的必然途径。然而,现有充填开采原理与技术装备体系难以突破高产高效、低碳开采的技术瓶颈,对充填材料及充填模式进行变革已势在必行。针对“千米深井资源开发和千万吨产能矿井充填(两个一千)”与“近零生态损害和近零冲击地压(两个近零)”的煤炭绿色低碳开采战略目标,提出了负碳高效充填开采技术全新构想,系统阐述了负碳高效充填开采的定义与科学内涵,提出和建立了由CO_(2)、矸石与快速胶结物混合而成的负碳高孔隙充填材料结构CGIF(CO_(2)Gangue Inorganic Framework)拓扑构型与强度理论以及CGIF混合物充填体固碳理论、快速黏凝胶结材料反应动力学理论、矿区充填开采防治冲击地压等负碳高效充填理论构想;提出了矸石快速高效胶结高孔隙充填材料制备技术、快速黏凝胶结材料绿色高效制备技术、CGIF充填体负碳高效充填开采技术、多面并采高效充填开采技术与工艺、全周期立体高效充填开采防冲技术等关键技术体系。在此基础上,明确了煤矿负碳高效充填开采“基础研究—技术攻关—工程示范”的“三阶段”发展规划,构建了煤矿负碳高效充填开采理论与技术体系构想;评估了煤矿负碳高效充填CO_(2)封存能力,可望实现煤炭负碳开采、低碳利用的煤炭开发利用全过程自身实现碳中和的新格局。

基于低标硫铝酸盐水泥熟料的高水材料物理力学性能及应用

为解决高水材料充填成本高、物理力学性能差等问题,选用低标硫铝酸盐水泥熟料为主要原料,通过物理试验探究了低标硫铝酸盐水泥熟料高水材料在不同外加剂剂量、水灰比、水温下的物理力学性能,并通过工艺性试验测试了实际应用效果。研究结果表明:(1)不同条件下高水材料物理力学性能不同的主要原因在于其钙矾石的生成速率及生成量受到影响;(2)以低标型硫铝酸盐水泥熟料作为高水材料原料时,使用一定量外加剂能够改善其样貌并显著提升其强度;(3)降低水灰比能够显著提升高水材料的早期强度及峰值强度,且每提高0.1的水灰比,平均各龄期强度下降约11%;(4)水温对于高水材料初凝时间的影响高于终凝时间,对早期强度起促进作用,水温每上升2℃, 1d强度增加约6.8%;(5)影响高水材料强度的各项因素排序为:外加剂>水灰比>水温;(6)现场应用低标型硫铝酸盐水泥熟料高水材料后,巷道变形量较小,取得较好的留巷效果。

超高水材料在矿充填开采中的应用

随着矿产资源的不断开采,采空区的稳定性成为了重要问题,而超高水材料的出现为矿充填开采提供了一种新的解决方案,不仅能够迅速填补开采后的空洞,减少地质灾害发生的风险,还能有效提高矿产资源的回收率,进一步降低开采成本。本文主要探讨了在矿充填开采中超高水材料应用的相关内容,希望能够推动矿充填开采技术的创新与进步,并为矿资源的高效利用和环境保护做出积极贡献。

铝土矿高水材料逐巷充填矿柱回收技术及应用

奥家湾铝土矿采用房柱式采矿法,留设大量矿柱支撑顶板,采出率低,矿石损失量大。为安全回收铝土矿柱,理论分析了充填前后矿柱及充填体的应力分布状态,根据铝土矿体赋存特征及开采条件,提出了高水材料逐巷充填矿柱回收技术并开展了现场试验:将铝土矿柱划分多条采巷,开采完毕后采用水灰比为4∶1的高水充填材料与矸石胶结充实接顶,逐巷有序充填回收矿柱。为评估充填体力学性能,进行现场取样并开展实验测试。结果表明:充填体单轴抗压强度为2.84MPa,可有效支撑顶板,弱化矿柱应力集中程度,提高采场稳定性。本技术可安全回收矿柱,将矿石采出率提高至81%,同时能有效控制采后覆岩活动,且充填成本低,技术经济效益显著。

高水充填材料在综放工作面沿空留巷中的应用

为提高煤炭资源回收率、降低回采巷道掘进率以及缓解采掘衔接紧张,决定在成庄矿4311综放工作面43113巷进行沿空留巷试验,将该巷道用作下个工作面回风巷。为确保43113巷留巷段的可靠支护,决定应用新型无机高水充填材料作沿空留巷的巷帮支护体。现场留巷采用锚索补强+单体柱滞后加强支护联合手段,充填体采用对拉钢筋+W钢带+钢筋网增强加固技术;实践表明,充填体成型效果良好,经济效益显著。

榆树田煤矿巷旁充填沿空留巷支护方式及参数选择

榆树田煤矿110403工作面运输巷采用超高水填充材料进行巷旁充填沿空留巷支护,根据生产条件和巷道支护状况,确定了巷旁充填体的布设及尺寸,提出充填体和留巷巷道加强支护的方法措施,选择了支护参数。通过数值模拟,预计了围岩变形量,可为该运输巷进行巷旁充填沿空留巷提供技术支持。

超高水材料充填减灾减损绿色开采理论与技术进展及展望

深部煤层安全高效开采与生态环境保护是当前煤炭资源绿色开采的重大难题之一。充填开采对于防治深井动力冲击灾害、减少地表下沉、保护生态环境具有显著成效,其中超高水材料水体积比高,充填开采具有工艺简单、适应性强、用料少、充填率高等特点,可有效解决地面环境保护与煤炭资源开采破坏之间的突出矛盾,符合煤炭资源减灾减损绿色智能开采新发展理念的要求。在总结充填开采技术研发背景与发展历程的基础上,阐明了超高水材料充填开采的技术原理、工艺流程及材料性能;重点从充填开采地表沉陷控制“充填体—煤柱”及“充填体—支架—煤体”协同承载等方面揭示了充填开采动力灾害防治机理;提出了减灾减损绿色开采动力灾害防治、智能化感知、地表形变监测与预计及充填装备智能化控制等关键技术,在山东义能煤矿成功进行了超高水材料充填开采实践,并实现了“三下”深部煤层安全高效智能绿色开采。为推进生态文明建设与环境保护,实现现代化矿井减灾减损绿色开采,展望了超高水材料充填开采研究方向为:深化深部超高水材料充填开采岩层控制基础理论、提高超高水材料充填开采技术智能化水平,创新超高水充填与煤系共伴生资源协同开采技术体系,联合超高水材料充填开采与碳捕获、封存及再利用技术,优化智能化绿色开采监测评估体系与方法,为实现深部资源绿色化开采提供科学依据。

工作面过斜交空巷围岩控制技术研究

针对工作面过空巷期间发生片帮、冒顶及压架等技术难题,以新大地公司综采工作面过斜交大断面托顶煤空巷为背景,建立了UDEC数值计算模型,反演分析了15405工作面回采期间残余煤柱应力演化规律、裂隙扩展特征以及表面位移变化规律,总结了工作面前方托顶煤空巷围岩失稳变形机理。基于密实充填控制思路,提出了高水材料分段密闭充填技术用于大断面托顶煤空巷围岩的稳定控制。现场试验效果良好,研究成果可指导类似地质条件下工作面过空巷期间的安全回采。

3107面沿空留巷充填体参数优选及效果分析

为保障3107辅助进风巷留巷围岩的稳定,基于3107工作面的具体地质条件和沿空留巷的具体特征,结合高水充填材料的力学性能,采用FLAC3D数值模拟软件进行高水材料巷旁充填体合理水灰比和合理宽度的模拟分析,基于模拟结果确定巷旁充填体材料合理水灰比为1.5:1,合理宽度为2.0 m,设计充填体支护参数并对留巷效果进行监测。结果表明:沿空留巷在设计支护方案下,留巷和二次回采阶段围岩变形量均满足使用要求,锚杆受力状态正常,保障了留巷围岩的稳定。

我国充填采煤技术回顾及发展现状

煤矿充填开采技术在固体废弃物处置、控制采煤沉陷、提高资源采出率和建设生态矿山等方面发挥着举足轻重的作用。自20世纪初至今,世界矿山充填开采技术已有百年的发展历史。根据资料分析,按照充填材料类型划分,20世纪矿山充填技术经历了废石干式充填、水砂充填、低浓度尾砂胶结充填和膏体充填4个发展阶段,回顾了当时我国充填采煤技术的应用和发展历程以及水砂充填、矸石自溜充填等主要充填工艺。21世纪以来,我国充填采煤技术取得了快速发展,形成了固体、膏体和超高水3种充填材料和应用于综采、连采工作面的2种充填工艺,固体废弃物利用种类、充填效果、机械化程度、整体技术水平大幅提升,对充填材料及其制备输送,工作面充填工艺特点进行了归纳总结,尤其是剖析了综采工作面充填的特点及生产效率制约因素,提出应从新型装备研发、临时护顶技术、充填空间高效密封措施等方面减少充填各环节时间。最后,结合实践效果,从充填采煤能力、地表下沉系数、充填开采增加成本、资源采出率和技术适用条件方面对固体充填综采、膏体充填综采、超高水充填综采、固体充填连采、膏体充填连采5种充填采煤方式进行了分析,为各矿选择适合自身的充填方式提供了依据。

全尾砂新型胶凝材料的胶结作用

以水淬高炉矿渣为主要材料,石灰加脱硫石膏为复合激发剂,添加少量外加剂,制备了全尾砂新型胶凝材料.探讨了不同掺量复合激发剂对全尾砂新型胶凝材料充填体抗压强度的影响;通过X射线衍射分析和扫描电镜分析研究了全尾砂新型胶凝材料水化产物的组成和微观形貌.结果表明:当全尾砂新型胶凝材料中石灰、脱硫石膏、外加剂、水淬高炉矿渣的掺量(质量分数)分别为4.0%,17.5%,0.5%,78.0%,胶砂比(质量比)为1∶8,充填料浆浓度(质量分数)为68%时,全尾砂新型胶凝材料充填体28d抗压强度可达到3.09MPa,是充填料浆浓度、胶砂比和外加剂掺量相同条件下42.5R水泥充填体28d抗压强度的7.2倍.在全尾砂胶结充填中全尾砂新型胶凝材料能完全取代水泥作为胶凝材料.全尾砂新型胶凝材料的主导水化产物为AFt晶体和无定形C-S-H凝胶.

高水材料条带充填开采地表沉陷主控因素分析

为确定高水膨胀材料条带充填开采引起地表沉陷的主控因素,根据王庄煤矿高水膨胀充填材料的特点,针对覆岩类型、充填率、充填体强度3个主要因素,利用数值模拟方法对3个因素的3个不同水平条件下引起地表沉陷进行正交试验分析。结果表明:充填率为高水膨胀材料条带充填开采地表沉陷的主控因素,充填率由50%提高至70%时,地表最大下沉量减少50%以上;选择合适的充填率,条带充填开采可以获得良好的地表沉陷控制效果。

煤矿超高水材料充填开采技术及其展望

基于超高水充填材料的性质,进行了超高水材料充填开采技术研究。该技术包含开放式、全包式、混合式等采空区充填方法,其充填工艺系统由材料储运、浆液制备、浆液输送和混合等4部分组成,并在多个矿井进行了应用。结果表明:超高水材料具有含水量高(水体积分数95%～97%)、凝固速度快(初凝8～90 min)、早期强度高、固结体不可压缩、承载性能好、材料强度和凝固时间可调控等优良性能,是一种良好的采空区充填材料。该充填工艺系统初期投资低、操作简单、自动化程度高、管路磨损小。充填开采后,采空区充填率均在85%以上,采场矿压显现程度明显降低,地表建筑物破坏等级控制在国家规定的Ⅰ级破坏范围内。

超高水材料袋式长壁充填开采覆岩控制技术研究与应用

系统分析了超高水材料袋式充填开采采场覆岩结构的特点,得出了工作面支架需控岩层范围及其变化特征,揭示了长壁充填开采"支架-围岩"关系,明确了提高充填率是超高水材料袋式充填开采覆岩下沉控制的关键因素。结合亨健矿2515工作面充填开采地质与开采技术条件,开发并实施了隔板布置优化、采空区埋管补注浆充填、离层区打钻补注浆充填等充填率保障技术与工艺。现场实测结果表明,超高水材料袋式充填开采工作面矿压显现缓和、采场围岩破裂范围较小且能有效控制地表下沉:1工作面巷道顶底板最大移近量为258 mm,两帮最大移近量为183 mm,围岩变形较小;2微震监测系统表明,2515工作面超前破裂范围为20~30 m,围岩破裂高(深)度为顶板以上40 m至底板以下10 m,1个月后(推进距离60 m左右)已充填区域微震事件逐渐消失;3地表最大下沉量为265 mm,实测下沉系数为0.06。

高水速凝材料在超高冒顶巷道治理中的应用

为治理断层所引起的超高冒顶,根据高水材料可速凝、初期强度高、流动性好、凝固时间可调和渗透性强的特点,采用高水材料注浆成功治理了新桥煤矿-550 m水平南翼运输大巷的超高冒顶区,封堵了高达8.5 m左右的冒落空洞,并加固了冒落区的围岩,提高了破碎围岩的整体性和稳定性,有效防止了冒落空洞的再次冒顶和坍塌。

高水充填材料防灭火阻燃性能试验研究

为了研究高水充填材料的防灭火特性,促使其更好地应用推广于矿井防灭火领域,针对高水充填材料与传统黄泥材料的阻燃性能开展对比试验研究,分析其阻燃效果及作用机理。通过对比试验发现,高水充填材料对煤自燃氧化过程中的煤自燃氧化升温速率、氧化产生的标志性气体(CO、CO_2、C_2H_4)的生成速率均有一定的抑制作用;同一水灰比条件下,高水充填材料比黄泥材料的抑制煤自燃氧化作用强。结合防灭火工程实践应用表明,高水充填材料的阻燃效果优于黄泥材料,完全可以替代黄泥材料作为矿井防灭火的充填材料。

超高水充填材料在采矿工程中的应用与展望

为解决"三下"压煤开采、工作面过空巷和煤炭自然发火等问题,对超高水材料充填开采技术、预充空巷开采技术和注浆防灭火技术进行研究。基于超高水充填材料的性质,介绍了以上3种技术的应用情况,并分别以陶一煤矿、王庄煤矿和金地煤矿为例对其应用效果进行了分析和评价。结果表明,超高水材料充填开采技术能保证采空区充填率达到85%以上;采用超高水材料预充空巷开采技术后,工作面回采过空巷期间未出现矿压显现剧烈现象;采用超高水材料注浆防灭火技术后,火区的温度和CO、NH4浓度均恢复到正常水平。今后需在继续完善当前技术相关理论与工艺的同时,进一步拓展超高水材料的应用领域。

深部大采高高水充填开采矿压显现研究

结合邢东矿1126充填工作面特殊生产地质条件,运用理论计算、数值模拟和现场实测等方法对矿压显现规律进行了研究。运用薄板理论确定了基本顶不发生断裂的临界等效充填高度,应用FLAC3D软件分析了全部垮落法和超高水充填法顶板岩层的塑性区分布和竖向位移沉降规律。现场实测数据表明:高水材料充填开采矿压显现缓和,液压支架工作阻力整体偏低,地表变形值控制在I级破坏范围之内。