粉煤灰基胶结材料袋式条带充填开采实验

为了防控采空区覆岩地表移动,解放"三下"压煤,利用新型粉煤灰基胶结材料,在七台河桃山矿93#煤层采空区进行了工业实验。通过制浆系统制得充填浆料后用管路输送到采空区充填袋,待材料硬化充填体有自立能力后撤掉支柱及模板,大量充填袋形成充填条带后替代保护煤柱。该方法在桃山矿充填开采实验后,结果表明:粉煤灰基胶结材料形成充填体后,早期强度增长迅速,煤炭采出率提高40%,实现顶板无破断、地表微沉陷的效果。     

采空区覆岩移动规律的相似模拟实验研究

利用相似材料模拟实验法研究采空区覆岩的移动规律。实验结果表明：工作面推进到，72m时，地表发生移动变形，地表最大下沉量最终达到3．2cm；岩体裂隙自下而上随着工作面的推进而逐步发展，对应地形成了不同的裂隙网络分布。     

大倾角综采面覆岩移动规律的相似材料模拟

为了全面研究大倾角煤层开采上覆岩层垮落特征和围岩应力分布规律,运用相似材料模拟新庄孜矿大倾角综采工作面的开采,研究开采后大倾角工作面上覆岩层移动规律及应力变化特征.随着工作面的推进,岩层裂隙自下而上发展,顶板不断冒落,形成初次来压和周期来压;冒落的岩层有垂直位移且沿层理下滑,使得采空区上部垮落高度比下部大,工作面下部的初次和周期垮落步距比上部小.覆岩的冒落拱呈不对称性,边界向采空区上部偏移,呈上虚下实的状态.模拟实验为大倾角煤层综采技术的应用和推广提供了理论依据.     

榆神府矿区覆岩协调沉降开采技术

为研究协调沉降开采中覆盖层的运动破坏规律和导水裂隙发展规律,确定榆神府覆岩协调沉降开采参数,采用相似材料模拟实验研究和煤柱稳定性理论进行分析.模拟实验表明,在覆岩协调沉降开采中,充填煤柱的逐渐失稳使采空区上覆岩层产生协调沉降运动,上覆岩土层进入裂隙带或弯曲下沉带,阻止了导水裂隙带的发展,保护了隔水层的稳定.理论分析表明,所确定的充填煤柱能够适时失稳,支撑煤柱能够保持永久稳定,到达了覆岩破坏协调沉降目的.现场开采实践证明开采参数确定合理.     

煤矿井工开采对上覆反向滑坡扰动的模拟研究

煤系地层的产状与上覆滑坡的产状关系,是影响黄土滑坡稳定性的决定性因素之一。研究煤系地层的倾角与黄土滑坡的倾角相同而倾向相反条件下,主采煤层开采对上覆黄土滑坡的影响,对于滑坡的治理具有重要意义。采用相似材料模拟实验方法,通过模拟含煤岩系倾角30°时的煤层井工开采,总结出上覆岩层移动变形及裂隙分布发育规律和反向黄土滑坡稳定性条件。结果表明:上覆岩层冒落带高度为25.0 m;裂隙带发育高度为72.0 m;采空区范围内覆岩最大下沉值偏向岩层倾向;在工作面推进120 m时黄土滑坡处于临界失稳状态。通过离散元数值模拟模型与相似模拟实验进行了对比,验证了该相似材料模拟实验的可靠性。     

长臂充填开采上覆岩层移动规律数值模拟

针对王河煤矿10903工作面在开采过程中引起地表下沉问题,用RFPA2D软件对不同弹性模量充填材料下的充填开采和全部垮落开采进行数值模拟,模拟了全部垮落法开采时岩层破坏和裂隙分布情况,全部垮落法随工作面推进关键层及地表下沉情况;不同弹性模量充填材料下的充填开采随工作面推进关键层及地表下沉情况.结果表明：全部垮落法开采会引起地表的塌陷,而充填法能有效控制关键层弯曲下沉量和地表沉陷.充填体弹性模量从1 GPa增加到5 GPa时,工作面前方垂直应力集中程度逐渐降低,关键层下沉量逐渐减小,最大下沉量从510 mm 减小至285 mm.最后通过地表沉陷观测验证了充填材料配比和数值模拟计算的合理性.     

浅埋近距煤层采空区覆岩移动规律相似模拟

浅埋近距煤层采空区坚硬顶板覆岩与煤柱破坏易导致动力灾害,同时会影响顶板涌水溃沙和地表沉降,为确保此类矿井的安全高效开采,结合冯家塔煤矿1402综采工作面实际,对该煤矿进行了煤柱破坏与覆岩移动规律的物理相似材料实验模拟研究,试验是以1-1采区的开采为模拟对象,模拟在工作面长度为270 m的单一走向长壁开采后,上覆岩层的移动和变形规律。研究结果表明:随着浅埋近距煤层采空区的增大与时间的推移,开采时大面积来压是由于保护煤柱逐渐被压垮引起覆岩大面积冒落,致使近距煤层之间采空区导通,垮落从直接顶开始,逐步扩散至地表,上覆岩层的运移以垂直为主,水平运移并不明显,形成梯形状下沉,上部煤层开采后其覆岩关键层破断块体结构的稳定性是影响下部煤层开采时工作面矿压显现强烈程度的重要因素。     

充填开采充填率与地表移动规律的数值模拟研究

为研究充填开采重要参数充填率与地表移动变形之间的关系,结合某煤矿工作面,采用FLAC3D数值模拟方法,对充填开采不同充填率条件下地表沉降规律进行了模拟计算.结果表明:充填率与下沉系数呈指数关系,与水平变形和倾斜变形呈二次函数关系,与曲率变形为指数关系;当充填率增加时,地表变形快速减小,当充填率增加到80%以上时,地表下沉及变形值减小幅度趋缓;充填开采有效改善了围岩力学环境,不同的充填率影响了覆岩"三带"的岩体力学性质,使得下沉系数及地表变形与充填率呈非线性关系.本文结论对充填开采控制地表变形,保护地面建筑物具有一定的理论参考价值和实践指导意义.     

厚煤层条带法开采覆岩移动和变形规律模拟

为解决厚煤层条带开采覆岩移动和变形规律问题,采用相似材料模拟试验的方法对厚煤层三维条带综放开采进行研究,分析覆岩及地表的移动与变形规律,确定岩层内部的各移动角值,地表沉降系数等.研究结果表明:地表沉降呈现出走向、倾向主断面相对称的下沉趋势,地表形成了单一均匀的下沉盆地;三维相似材料物理模型试验能够较全面地反映出原型覆岩的各种变形、移动、应力、应变的变化规律,为实际开采提供了可靠依据.     

覆岩采动的动态模拟与离层带充填技术研究

通过相似材料模拟实验方法，研究地下开采引起岩层内部的移动和变形规律，揭示了煤矿开采上覆岩层中断裂，破坏，移动与变形及离层的产生，发与分布的时空规律，为指导实施离层充填减沉技术及工程实践提供了科学依据。根据岩石变形和移动的分布特征，将采动覆岩进行分区，建立理论模型，为进一步进行计算机数值模拟奠定了基础。     

孤岛煤柱膏体充填开采覆岩运动规律研究

为研究孤岛煤柱膏体充填开采覆岩运动规律,对岱庄煤矿2351膏体充填工作面支架压力进行了实际观测和分析。由于周围工作面回采结束时间较长,采空区内覆岩跨落后已经基本稳定。该工作面充填开采顶板初次来压步距为33.6 m,监测到的前4次周期来压步距分别为18.3、8.8、13.79、m。膏体充填条带煤柱开采采场与覆岩结构的特殊性决定了第一个周期来压步距相对较大。由于三面采空,虽然采用膏体充填采空区支撑上覆岩层,工作面顶板及其上覆岩层的断裂和下沉仍然十分显著。充填膏体的支撑作用使采场宏观矿压显现不明显,但三面的采空导致支架上的工作阻力较大,在推采停顿时间较长时矿压显现尤为明显。     

采空区覆岩运动规律相似材料模拟试验研究

以山东某矿的煤层开采为研究背景,为研究其采空区上覆岩层的垮落形态及沉降变形,结合实际岩层的物理力学性质,设计相似材料模拟试验,描述试验模型采空区上覆岩层的垮落和破坏特征,并通过布置下沉测点来观测其覆岩的沉降变形,最后利用flac3d建立数值模型加以校验,结果表明:采空区上覆岩层在煤岩开采后,形成"三带"结构,自下而上分别为冒落带,裂隙带和弯曲下沉带;试验模型采空区上覆测点的下沉曲线呈近似对称的凹曲线,这与数值模拟结果相一致;相似材料模拟试验和数值模拟都能够较好反映采空区覆岩下沉变形规律;试验结果与数值模拟结果合理有效,可以为研究覆岩沉降相关问题提供试验参考。     

急倾斜煤层走向综采覆岩破坏特性研究

为研究急倾斜煤层走向综采覆岩变形及破坏规律,采用力学分析、相似模拟实验及数值模拟分析,得到工作面覆岩破坏特性及岩层移动规律.研究表明:(1)急倾斜煤层综采面推进后,顶板位于工作面中部偏上覆岩处的岩层出现了挠度最大值,导致顶板断裂呈现由工作面顶板岩层的"中上部-上部-中下部-下部"的垮落顺序.(2)工作面上部覆岩以产生拉伸破坏为主,中、下部覆岩以剪切破坏为主;直接顶冒落的矸石充填下部近1/3的采空区域,且上部出现垮落区域比下部范围明显更大.(3)工作面下部应力集中系数比上部大1.2倍左右,工作面的下部端头支护处在极不均匀的高应力集中区,工作面端头及超前支护相当困难.     

条带充填开采隔水岩组与充填条带运移规律研究

浅部煤层开采诱发地表生态恶化,采取条带充填是控制潜水流失的根本途径之一,为了设计出合理的充填参数,以榆神府浅埋煤层特殊保水开采区地质条件为研究背景,配制出了砂基膏体充填材料,测试了砂基膏体充填材料和粘土层的基本力学参数,开发了砂基膏体充填材料和粘土层的相似材料,相似材料基本实现了全应力应变相似,并在此基础上开展了多组走向长壁条带充填开采的物理相似模拟实验,得出了不同充填间隔宽度和充填条带宽度对"上行裂隙"与"下行裂隙"发育高度的影响规律,获得了不同充填间隔宽度和充填条带高宽比对隔水岩组运移的影响规律,为条带充填开采提供了技术支撑。     

急倾斜水平分段放顶煤开采岩移规律

采用相似材料模拟实验研究方法,对急斜特厚煤层水平分段放顶煤开采上位顶煤与采场上覆岩层运动与破坏规律以及地表变形进行了系统的研究,阐明了上位顶煤与采场上覆岩层存在不稳定拱和地表向顶板方向偏移的非对称性下沉.     

覆岩离层分布时空规律的实验研究

通过相似材料物理模拟实验研究，揭示了煤矿区采动覆岩中离层产生、发展与分布的时空规律；探讨了离层发展高度与工作面推进距的关系、单一离层从产生到最大值直至消失的时间效应等规律。并提出了可充填离层带的概念，为离层充填减沉技术在理论上的完善及其在解决实际工程问题中的应用提供了科学的依据。     

条带法开采控制地表沉陷的新探讨

本文以相似材料物理模拟、有限元数值模拟和力学分析为手段;对条带法开采控制地表沉陷进行了深入的研究.揭示了条带法开采顶板岩层的破坏过程、破坏形态、破坏范围及整个覆岩体的移动与变形规律,特别是对波浪状下沉在覆岩中的传播机理和传播高度进行了较深入的探讨.给出了覆岩中波浪状下沉传播高度与条带采留宽度尺寸之间的关系和条带法开采地表下沉系数的表达式.划分出了条采覆岩破坏的三个影响带.在此基础上,提出了控制地表沉陷条带来留宽度设计所遵循的三个原则:即地表允许变形原则,煤柱稳定性原则和回采率原则.根据这三个原则,得出了条带采留宽度合理尺寸新的确定方法.所得结论对条带开采设计具有指导意义.     

缓倾斜中厚矿体充填开采上覆岩层运移规律研究

针对缓倾斜中厚矿体下行充填开采过程中岩层移动和地表塌陷规律展开了研究.通过FLAC3D三维数值计算确定典型勘探线剖面,以河砂为骨料,重晶石粉为胶结剂进行大型相似材料模型试验,利用3DEC数值分析软件对模型试验结果进行验证分析.结果表明,充填开采能有效抑制岩层移动和地表塌陷,使地表沉降范围集中在矿体顶部且沉降中心随下行开采过程中向矿体中心移动;深埋矿体的开采对上覆岩层移动范围的影响较浅埋矿体的采动影响小;岩层移动塌落的角度随开采深度的增加先变小后变大,最终沉降以筒型陷落为主.     

煤矿井下高浓度胶结充填开采地表沉陷预计

为对煤矿井下高浓度胶结充填开采地表沉陷进行预计,运用"等价采高"的概念,建立充填开采等价采高模型,得出了充填开采地表沉陷最大值计算公式;采用FLAC3D数值模拟软件对充填开采地表沉陷情况进行模拟,应用数学回归分析数值计算结果探究了充填开采地表下沉系数和等价采高的关系,最终确定高浓度胶结充填开采地表下沉系数与等价采高近似成数学常数e的指数函数关系;结合现场工程实践,计算得出在特定条件下新阳矿充填开采地表下沉系数为0.11,地表沉陷预计最大值为72.6 mm,与其他采用充填开采技术工作面的地表沉陷实测结果基本一致.     

长壁工作面矸石充填开采沉陷控制效果的初步分析

在简要介绍长壁工作面矸石充填采煤原理的基础上,分析了长壁工作面矸石充填开采沉陷机理和过程,提出了矸石充填开采的有效充填厚度和等效开采厚度的概念,建立了长壁工作面矸石充填开采覆岩破坏和地表沉陷的预测模式。并结合兖州矿区某煤矿3煤采区地质采矿条件,分析研究了矸石充填开采沉陷控制的具体效果。