膏体充填开采条带煤柱覆岩稳定效应研究

针对膏体充填开采回收矿井条带煤柱中的覆岩稳定性问题,以许厂煤矿建筑物下条带煤柱开采为工程背景,采用理论分析、数值模拟和现场实测的方法,研究了膏体充填回收煤柱时的覆岩"活化"机理、顶板运移规律及覆岩稳定性影响因素。研究结果表明:采空区在外力扰动下会产生空洞、裂隙,随着岩块结构的演变,其对采场覆岩支护体系造成破坏,可通过控制充填体强度、充填率、充填步距及支护强度来改善采场围岩支护体系,要求充填体早期强度应大于0.13 MPa,而后期强度可按照与充填体宽度变化规律进行适当调整;模拟试验结果发现:覆岩及地表下沉曲线峰值位于条带煤柱中部区域,顶板最大下沉量为1 200 mm,邻近采空区覆岩"活化"程度达到最大;采取膏体充填开采回收煤柱,巷道矿压显现不明显,工程应用中取得了良好效果。

矸石充填体机械压缩过程及宽条带岩层沉降分析

以亭南煤矿1102宽条带矸石充填工作面为工程背景,采用理论分析、数值模拟、室内试验、现场实测等方法研究了矸石机械压缩过程及岩层沉降规律。结果表明:散体矸石经2 MPa夯实后压缩了27.05%,变成矸石充填体,矸石充填体在可充填空间内机械压缩过程及架后压缩率为(各阶段压缩与可充填空间高度比值):骨架调整段(7.42%),缓慢压缩段(5.39%);机械压缩等价采高为可充填空间高度与矸石充填体2个阶段可充压缩率的乘积;1102工作面矸石充填体在骨架调整段和缓慢压缩段的等价采高分别为0.94 m和1.10 m;1102工作面走向和倾向主断面地表下沉曲线均为“碗”形,骨架调整段到缓慢压缩段过程中,地表变形曲线变化不大,最终最大下沉量分别为39 mm和41 mm。

充填材料用新型高效液体速凝剂制备及其机理研究

为提升液体速凝剂的速凝效果并有效降低速凝剂中的碱含量,同时大幅缩短井下矿物充填材料的拆模时间,对液体速凝剂制备及其机理进行了试验研究。通过单因素分析方法,明晰了速凝剂中硫酸铝、氢氧化铝、偏铝酸钠与三乙醇胺等原材料对充填材料的作用机理与时变演化规律;依托正交试验分析方法与数据处理手段,进行了多种原材料对充填材料的复合作用研究,并取得较好的试验结果。为验证该速凝剂的作用效果,在山东能源淄博矿业集团有限责任公司岱庄煤矿实验基地开展了工业验证性试验,试验结果表明,速凝剂加入后可快速降低膏体充填材料的流动性能,可有效防止跑浆、漏浆等问题发生,膏体充填材料拆模时间控制在2~3 h,满足工程项目对拆模时间的要求。

膏体充填开采实施粉煤灰等强替代水泥研究

水泥市场价格持续上涨,充填开采成本居高不下,实施粉煤灰等强替代水泥研究,有效地降低充填开采成本,为企业获取更多效益。粉煤灰等强替代水泥,即按照一定比例,提高粉煤灰用量减少水泥用量,实现膏体终凝强度相同,保证充填效果,实现安全开采。

强含水层上充填开采煤炭资源的分析研究

强含水层上充填开采煤炭资源,与垮落法相比围岩应力变化、底板破坏深度等有本质区别。文章结合岱庄矿充填开采实践提出等效巷道宽度概念,探讨充填工作面底板安全隔水层厚度评价方法,通过合理确定等效巷道宽度,以此计算安全隔水层厚度、评价工作面开采安全性,为岱庄煤矿16煤开采提供理论依据。

煤矿膏体充填矿压显现规律的充实效应研究

为了研究充实率对采场覆岩运动规律的影响,以岱庄矿为工程背景,首先对充填体特性进行了测试,然后利用Midas/GTS-FLAC^(3D)耦合模拟技术构建了2351工作面膏体充填开采的数值分析模型,模拟研究了采场在充实率为0、80%、85%、90%、95%、100%时的矿压显现规律。结果表明:充填体能有效抑制采场覆岩的移动和变形,充填采场的覆岩一般只出现裂隙带和弯曲下沉带;充实率越高,支承压力同比越小,前方煤体和后方充填体的峰值应力位置距离工作面越近;当采场充实率为100%时,与非充填开采相比,采场塑性区宽度约为原来的5%,支承压力为原来的50%以下。可见,采场覆岩运动的充实效应非常显著,工程实际中应尽可能地使采场充填接顶,以保证充填质量和开采安全。

矸石膏体充填开采沉陷规律研究与应用

矸石膏体充填能有效控制地表沉陷,解决三下压煤问题,延长矿井服务年限。通过对矸石膏体开采沉陷规律原理的研究与分析,采取优化超前支护、提高充实率等方法,对上覆岩层活动及地表沉陷起到了很好的控制作用。

超高水充填沿空留巷矿压显现规律研究

结合充填开采留巷的实际情况,对超高水材料充填开采留巷围岩运动及控制机理进行了分析。采用数值模拟采空区充填率为70%、80%、90%的留巷围岩活动规律,得出随着采空区充填率的提高,充填开采留巷围岩应力逐渐降低、围岩变形逐渐减小。针对试验工作面的实际情况进行了包式充填沿空留巷的工程实践,现场实测超高水材料充填开采留巷顶底板移近量在60mm以内、两帮移近量在30mm以内,巷旁包式充填体的支承压力小于2.5MPa,能够实现长时间使用的要求,可为类似地质条件下的超高水充填留巷提供技术参考。

孤岛采场矸石膏体充填覆岩空间结构演化规律研究

为了研究孤岛充填采场覆岩空间结构和矿压显现特征,以岱庄煤矿2351工作面为工程背景,采用相似模拟实验研究了采动工况下的充填效应。结果表明,覆岩下沉曲线符合正态函数分布,充填采场覆岩只有裂隙带和弯曲下沉带,离层演化经历未发育区、扩展区和闭合区3个阶段;采动应力整体分布由"V"型分布向"U"型分布转化,分为应力恢复区、卸压区和应力集中区,空区上方测点采动前后所受应力呈"Z"型变化,最大应力集中系数为1.84;充填体显著抑制覆岩的运动,随着工作面的推进,覆岩空间结构由梁式结构向裂隙拱结构和多层拱结构演化。研究结果可为矿压的高效控制提供理论基础。

充填工作面回采过老巷研究与应用

由于1302工作面巷道受多次开采扰动破坏,围岩破碎,这对2353充填工作面的围岩控制及充填工作造成了不利影响。结合现场条件,共提出三种方案,最终选用预充老巷作假顶方案。结果表明:预充老巷的充填体与围岩形成一个整体结构,并很好地起到了传递上覆岩层压力的作用,有效保证了上覆岩层的整体稳定性。

复杂条件下充填工作面安全回采措施研究

2353膏体充填工作面采用沿空留巷(皮带顺槽)的方式进行回采,且1302老巷穿过2353工作面,给工作面的安全回采带来一定的难度,经过一系列技术措施的成功运用,工作面充填区顶底板和皮带顺槽基本无变化,并成功回采过老巷,提高了安全生产水平,创造了良好的经济效益和社会效益。

膏体充填专用胶结料的研究与应用

膏体充填开采技术是绿色开采技术的重要组成部分,是解决煤矿开采环境问题的理想途径。但随着煤炭价格降低,充填材料在成本中的占比不断上涨,传统的膏体充填工艺成本太高,通过使用专用充填胶结料,优化充填配比,对充填成本起到较好的控制作用。

含水软弱夹层顶板煤巷梯次支护技术应用研究

为了研究梯次支护对煤巷软弱夹层顶板的支护效果,以许厂煤矿为工程背景,分析了梯次支护机理,开展了顶板泥岩的耐崩解性试验和膨胀性试验,重点研究了梯次支护在3315运输巷的应用效果。结果表明:泥岩耐崩解性指数平均大小为77.92%,最大膨胀应力为0.95MPa,最大膨胀率为3.5%,水对软弱夹层弱化作用较强。在巷道掘进和回采期间,巷道两帮最大收敛量分别为82mm和149mm,顶底板最大移近量分别为10mm和549mm,顶板最大离层量7mm。这充分表明梯次支护用于煤巷含水软弱夹层顶板支护是科学合理的,可以在工程中推广应用。

复杂地质条件下综采工作面旋采关键技术研究

为了研究复杂地质条件下综采工作面旋采技术,以某矿12124综采工作面为工程背景,采用虚心旋采方法,调斜比例设计为1∶3,带式输送机进行转弯改造,进行了复杂地质条件下旋采角度为18°、旋转距离为22.608 m的工业试验。在旋采过程中对巷道和工作面矿压进行监测,旋采效果令人满意。

沿空掘巷护巷窄煤柱宽度确定与围岩控制技术研究

针对7111大倾角沿空掘巷窄煤柱合理尺寸难以确定的问题,基于弹塑性极限平衡理论计算了煤柱宽度,运用FLAC^(3D)数值模拟分析了留设5 m窄煤柱时围岩应力分布规律和变形特征,提出了巷道围岩整体性控制措施及高强耦合体系的联合支护方式。

深部大倾角窄煤柱沿空掘巷围岩控制技术研究

针对某矿7121大倾角综采工作面进风巷埋深大、支护困难等问题,运用FLAC3D数值模拟软件分析了掘巷后围岩的应力分布规律和变形特征,基于沿空掘巷大、小结构的稳定性原理,提出巷道围岩整体性控制措施及高强耦合体系的联合支护方式,并在7121工作面进风巷现场应用。结果表明:巷道掘进和回采阶段围岩变形量在可控范围,达到了围岩控制目的,保证了矿井安全高效生产。

综采工作面90°旋转开采工艺研究

针对岱庄煤矿2344综采工作面邻近断层,90°旋转开采过程中旋转调斜对接等技术难题,提出了"虚旋转中心"调斜的工艺技术及参数,成功实现了综合机械化不搬家连续开采。改进了SGB620/2×55型刮板运输机,设计了适合于弧形巷道运输机的特殊中部槽,解决了采煤工作面90°弯曲部分的煤炭运输问题。

厚松散层薄基岩条件下提高开采上限的研究

为最大限度地提高煤炭采出率,以岱庄煤矿为工程背景,采用现场勘探、数值模拟和理论分析综合研究方法,对第四系后松散层薄基岩下的43下20工作面提高开采上限可行性进行了分析。现场应用表明,本工作采高为2.5m,按中硬岩层设计防水煤柱高度为46.3m,取得了良好的经济效益。此设计对相同地质条件下安全煤岩柱的尺寸设计提供了借鉴意义。

深井重复采动底板回采巷道稳定控制技术研究

针对近距离煤层回采后底部煤层回采巷道稳定性问题,以6128工作面为研究对象,采用理论分析、数值模拟和现场观测综合研究方法,分析了其回采结束后下伏14 m处6127工作面轨道平巷的稳定性问题,并设计了巷道的支护形式,取得了显著地经济技术效果,为类似开采条件下的矿井提供了一定的借鉴意义。

基于冲击控制的释能吸能支护系统研究

为了有效控制冲击地压灾害,以高强度释能吸能支护系统为研究方向,选取彬长矿区高家堡煤矿深井冲击倾向性煤层的采掘活动为试验对象,分析了围岩应力-应变关系,研究了围岩支护特性曲线,结合冲击地压能量传播特性,提出了冲击地压条件下的支护系统"工况点漂移假说"和"漂移功"的概念。提出了基于安装载荷、支护强度、锚杆长度、围岩表面位移和冲击功的支护系统五维工况设计,开发了释能吸能抗冲支护五维工况点图解法,确定了合理的支护工况参数。高家堡煤矿203回风巷进行工业性试验,工作面采掘期间未发生强动力现象,矿压参数观测结果与设计一致,验证了释能吸能支护系统设计对冲击地压控制的可行性。