壁后充填膏体监测技术与膏体长期稳定性研究

矸石膏体充填开采技术是解决建筑物下、铁路下、水体下和承压水上压煤的重要途径,充填效果评价一般采用在地面设置岩移观测站的方式,评价周期往往较长,费用较高。基于自主知识产权的KJ216顶板压力在线监测系统,包括耐高温、高压、防水的充填体变形监测仪、压力传感器和温度传感器等,研制了充填体性能在线监测系统并用于岱庄煤矿2351工作面。监测结果表明:充填体在采空区后方80m左右被压实并趋于稳定;上覆岩层的总变形量在300mm左右,其中充填体的变形量在104.3mm左右,充填体压缩率为5%;充填体的水化温度54℃,对充填体早期强度有促进作用;水化反应在第2天最为强烈,4天以后趋于稳定。     

壁后充填膏体监测技术与性能评价

实现对充填膏体性能的井下现场实测.基于自主知识产权的KJ216顶板压力在线监测系统,使用耐高温、高压、防水的充填体变形监测仪、压力传感器和温度传感器,对膏体应力、应变和水化温度进行实时监测.监测结果表明:充填体在采空区后方80 m左右逐步被压实并趋于稳定;上覆岩层的总变形量在300 mm左右,其中充填体的变形量在104.3 mm左右,充填体压缩率为5%;充填体的水化温度最高达54℃,对充填体早期强度有促进影响,水化反应在第2天最为强烈,4天以后趋于稳定.     

厚煤层高采出率膏体充填工艺试验研究

针对太平煤矿面临的村庄压煤和提高开采上限的问题,结合目前膏体充填技术及煤矿实际开采情况,按照压煤开采规程的要求,对厚煤层开采膏体充填工艺进行了试验研究。详细阐述了膏体充填原料选择、配比、工艺系统设计、充填流程等具体内容,并通过地表沉陷观测及其结果分析,论证了膏体充填开采的可行性,验证了膏体充填开采带来的显著效果,为压覆煤炭资源的开采提供了技术参考。     

充填体应力分布理论分析及数值模拟对比研究

考虑充填采场上下盘倾角不等,以及围岩与充填体交界面处由于剪切摩擦作用力会发生主应力方向的偏转,在土力学理论的基础上,引入考虑主应力方向发生偏转时的侧压力系数;同时考虑水平微分单元体的受力平衡,推导得出了充填体中的竖向应力解析表达式.研究表明:考虑主应力方向发生偏转时的侧压力系数随采场高度发生变化;当充填采场下盘倾角相同时,上盘倾角越大,由围岩与充填体交界面处摩擦力引起的主应力方向偏转程度越小,成拱效应越不显著;充填体与围岩交界面处的摩擦角对充填体内部的成拱效应影响较大,而充填体的内聚力对成拱效应影响相对较小.     

建筑垃圾再生骨料对矿山充填膏体输送性能影响的试验研究

为探究建筑垃圾再生骨料对矿山充填膏体输送性能的影响,采集废弃路面混凝土、城区废旧建筑物、建筑工地废弃物三种来源的建筑垃圾制备充填膏体,通过基本物理性质(表观密度、堆积密度、吸水率、压碎指标、针片状颗粒)和输送性能(充填膏体的塌落度、分层度、泌水率)测试,验证三种不同建筑垃圾制备充填膏体的可行性。采用单因素试验分析方法,通过改变充填膏体的质量浓度、固相比,探究对不同建筑垃圾充填膏体输送性能的影响。实验结果表明:以建筑工地废弃物再生骨料制备的充填膏体其效果最优。建筑工地废弃物充填膏体的塌落度、分层度、泌水率随其质量浓度和固相比的增加分别出现逐渐减小和先减小后增大的趋势。当质量浓度76%～78%,固相比为1∶4∶6时,建筑工地废弃物再生骨料充填膏体的输送性能达到最佳。     

煤矿泵送膏体和似膏体充填系统优化

针对现有采矿充填系统的不足,基于各环节的输送能力分析,进行了煤矿泵送膏体和似膏体充填系统优化设计.该系统由给料机构、输送机构、破碎机构、搅拌输送机构、泵送机构、输送管道、采空区充填机构组成,具有输送距离长、充填效率高、系统整体结构简单、自动化程度高等优点.在介绍该系统工作流程和技术关键基础上,在山东新汶矿业集团某煤矿使用了该充填系统.结果表明:该系统运行良好,各项监测数据和参数符合要求,工作人员工作环境的安全性得到了较大提高.     

基于响应面法的膏体充填面顶板下沉多因素分析

基于响应面法试验设计及数据分析,利用有限差分软件UDEC模拟了不同充填体刚度、顶煤刚度、支架刚度、充填体强度下膏体充填工作面顶板下沉规律,分析了单因素及多因素交互作用下对膏体充填工作面顶板稳定性的影响及其原因。研究结果表明,膏体充填工作面顶板覆岩运动受单因素的影响程度大小依次为：顶煤刚度>充填体刚度>充填体强度>支架刚度;通过调节人为因素(充填体强度、充填体刚度、支架刚度)可以有效减少自然因素(顶煤刚度)对膏体充填工作面顶板下沉量的影响。研究得到了顶板下沉量与各因素之间的二次多项回归方程,可为控制特定开采地质条件下膏体充填工作面顶板下沉、选择合适充填体刚度与支架刚度提供一定的参考。     

平行四边形采场结构上行分段充填法的数值模拟

在分析分段充填法的应用现状及存在问题的基础上,以鲁中冶金矿业集团公司莱新铁矿为背景,综合考虑采场矿岩冒落特征,尽可能提高回采效率和爆破效果,避免采准巷道布置在充填体内等因素,提出了平行四边形采场结构的上行分段充填采矿方法,应用2D-σ有限元程序对其进行了数值模拟研究.研究结果表明:该方法在回采过程中不出现拉应力和较大应力集中,围岩应力周边分布均匀;回采后除下部充填体出现局部塑性区外,两边围岩及顶板不出现塑性区,说明莱新铁矿在破碎的厚大矿体中采用该方案是可行的.对比分析不同分段高度下围岩应力和塑性区分布,并考虑工艺要求,确定分段高度为10 m;考虑对相邻矿房回采的影响,提出充填体强度应在1 MP...     

胶结充填体冲击破坏及损伤演化数值模拟研究

为定量描述胶结充填体在动载作用下的损伤程度及破坏过程,利用数值模拟软件对胶结充填体进行SHPB动态冲击,并通过室内SHPB冲击试验结果验证数值模拟方法的可行性. 对不同冲击速度（1.5 ,1.7 ,1.8 ,2.0 m/s）条件下4种配比胶结充填体（灰砂质量比分别为1∶4, 1∶6, 1∶8, 1∶10）,采用微裂纹密度法定义损伤变量值d,进行损伤规律及破坏过程的数值模拟研究. 结果表明:数值模拟中使用波形整形器可获得更加理想的矩形波,使试件同一平面单元所受应力均匀,无应力集中现象;数值模拟结果很好地展现了胶结充填体的动态破坏过程,其整体破坏趋势为边缘发生剥落后裂纹向内部延伸与贯穿;在加载速度从1.7 m/s增加至1.8 m/s的过程中,损伤变量增大幅度超过10％;冲击速度由1.5 m/s增加至2.0 m/s的过程中,灰砂质量比为1∶4, 1∶6, 1∶8和1∶10的胶结充填体的损伤变量d变化范围分别为0.238～0.336,0.274～0.413,0.391～0.547,0.473～0.617,灰砂质量比1∶6变化至1∶8时,出现明显的损伤“跃升”现象.      

膏体充填材料强度影响因素分析

针对影响膏体充填材料强度的因素。通过大量的试验,揭示了以河砂为骨料的膏体充填材料强度与各影响因素间的关系。试验结果表明,影响膏体充填材料强度的主要因素有质量分数、粉煤灰掺量种类以及养护龄期等。相同条件下,膏体充填材料强度与料浆质量分数、粉煤灰掺量和养护龄期成正比关系。这些结论将为煤矿膏体充填不迁村采煤技术的实施提供一些参考。     

基于FLOW-3D软件的深井膏体管道自流输送性能

基于工程流体力学、统计学、管道自流输送等相关理论,结合金川龙首矿西部充填系统的实际情况,开发运用FLOW-3D软件,对膏体自流输送充填系统不同充填倍线条件下的管道工作特性进行数值模拟与分析.研究结果表明:随着充填倍线(N)的增加,充填系统管道进口、出口压力不断减少,而整个系统的总压力基本保持不变;当N＜3.0时料浆出口剩余压力过大,N≥3.5时管道压力损失过大;当N＞3.5时充填系统的流速比较接近膏体的临界流速;在稳定状态下,随着膏体流速的减慢,管道弯管连接处的局部压力损失逐步减小,而当N＞3.0且流速继续减小时,压力损失却随之增加.因此,综合考虑各充填倍线在流速、压力损失、流量以及弯管处压力损失,以低成本、高效率为原则,最终确定西部膏体自流充填系统满管流状态下的最优充填倍线N=3.0.     

矸石膏体充填实验指标确定

针对矸石膏体充填实验中实验指标庞杂,且缺少统一的技术标准等问题,提出了实验指标应依据膏体性能满足膏体输送工艺、充填方式及地表沉陷控制等方面的要求,以塌落度、充填体强度(包括早期强度和后期强度)、凝结时间(包括初凝时间和终凝时间)和压缩率作为矸石膏体材料配比实验作为考察指标,并确定了各指标值的实验方法.观测结果表明:实施充填后,地面建筑物破坏等级为Ⅰ级.确定的实验考察指标及指标值是合理的,在生产实践中具有良好的指导意义.     

某金属矿床充填法开采稳定性数值模拟研究

针对某金属矿床开采环境较为复杂,采用上向水平分层充填法开采,利用已经掌握的关于空区几何形态、矿岩特性等已知条件,建立矿体三维数值模型,通过数值模拟分析使用充填法开采矿体的稳定性.生产结果表明,应用数值模拟结果指导采矿方法和开采工艺设计是合理的,模拟结果为类似条件下矿山的开采提供了参考.     

充填料浆长距离管道输送数值模拟

矿山充填工程中,常常会涉及料浆管道输送的技术问题,尤其对于长距离输送,料浆在管道中的流动极具复杂性.为降低管道磨损、延长管道使用寿命,采用数值模拟方法分析不同浓度料浆在长距离管道中的流动压强、流速及偏转特性.结果表明:2维双精度解算器Fluent2ddp的模拟结果与在生产中所观察到的现象较为吻合,此结果可为低倍线的降压增阻或高倍线的增压减阻提供合理依据.矿山可在此基础上采取必要措施以延长管道服务年限、降低充填成本及减少系统故障概率,从而实现低成本和高效充填之目的.     

铝合金超声波半连铸多场耦合的模拟与实验

针对铝合金超声波半连铸过程,建立了声场、流场和温度场耦合的数学模型.利用Fluent模拟得到了声场、流场和温度场分布.仿真结果显示,超声波的导入对宏观流场与温度场分布具有重要影响,在超声输出振幅一定的条件下,选择频率为20kHz的超声波处理铝熔体能够获得较为理想的流场与温度场,从而有效促进熔体的传热、传质与柱状晶向等轴晶的转变.通过测量实验铸锭的晶粒尺寸,发现经超声处理的铸锭凝固组织显著细化,长度与宽度方向的平均晶粒尺寸分别较未经超声处理的减小了133μm与32μm.文中还结合数值模拟结果分析了超声波对铝合金大铸锭的细晶机理.     

胶结充填对采场稳定性的影响

为了研究胶结充填对采场稳定性的影响,通过介绍充填体的作用机理,结合焦家金矿采矿生产实践,运用FLAC分析软件对采场进路回采顺序进行数值模拟计算,揭示了采场应力分布规律和采场破坏机理,同时分析了采场进路不同回采顺序对采场稳定性的影响,并据此提出了较优的回采顺序,为采矿生产提供了理论依据.     

赤泥基似膏体充填材料水化特性研究

以赤泥、煤矸石等工业固废为主要原料制备赤泥基似膏体充填材料,采用X射线衍射分析、傅氏转换红外线光谱分析、热重--示差扫描量热分析和扫描电子显微镜--能谱分析等测试手段研究赤泥基似膏体充填材料的水化特性.结果表明,本试验条件下,赤泥基似膏体充填材料的最优配比为编号E03试验,即胶结料:赤泥:煤矸石:添加剂质量比为1:16:5:11,固相的质量分数为70%,28 d单轴抗压强度为5.49 MPa.赤泥基似膏体充填材料不同龄期的水化产物主要为斜方钙沸石(CaAl2 Si2O8·4H2O)和钙矾石(AFt),随着水化反应的进行,水化产物的数量明显增多,且钙矾石由水化初期的针状逐渐转变为棒状,有助于充填体强度的发展.     

涡轮发动机三维多场耦合数值仿真的数学模型

给出了用于发动机多场耦合数值仿真的统一的数学模型。这一模型由于采用了广义控制体系,在用来求解非定常气、热、弹耦合的变域差分问题时很方便,讨论了统一的数学模型在不同场的演化,分析了多场耦合的4种类型及发动机多种层次的物理模型与数学模型。     

满管自流膏体充填管路清洗技术研究及应用

在我国煤矿行业,长壁工作面壁后膏体充填采矿技术应用较晚,许多充填工艺和技术仍处于研究探索阶段。同时,由于所用膏体充填材料质量浓度较高,可达到80%左右,充填过程中管路清洗不彻底极易导致发生堵管事故。针对以上问题,结合岱庄煤矿管路充填开采实际,利用充填管路高差及冲洗水的重力势能,提出了一种可行、高效、安全的充填管路清洗技术。实践证明,该技术解决了制约膏体充填开采的管路清洗不彻底的难题,可以克服充填管路曲折、变坡的情况,促进了充填工作的开展。