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固体充填开采“三效”关系及其优化控制方法

煤炭学报 2021年第10期46卷 3148-3157页

作者：武中亚张强张昊郑庆学刘宏军田秀国中国矿业大学矿业工程学院江苏徐州221116 中国矿业大学深部煤炭资源开采教育部重点实验室江苏徐州221116 开滦(集团)有限责任公司河北唐山630006 开滦能源化工股份有限公司河北唐山630006

充填效果、充填效率和充填效益(简称“三效”)3者之间的关系是充填开采理论设计及工程实施过程中难以回避的问题,但目前尚未形成“三效”关系的定量表征方法。针对固体非密实充填和密实充填,提出了“三效”的内涵,给定了“三效”的表征... 详细信息

充填效果、充填效率和充填效益(简称“三效”)3者之间的关系是充填开采理论设计及工程实施过程中难以回避的问题,但目前尚未形成“三效”关系的定量表征方法。针对固体非密实充填和密实充填,提出了“三效”的内涵,给定了“三效”的表征原理,阐释了“三效”优化控制的概念。以充填体在机械夯实作用和采空区覆岩压实作用下逐渐密实的过程为纽带,构建了基于固体密实充填“三效”与充填工艺、充填材料参数和充填体密实状态关系的分析模型。采用理论分析方法阐述了充填效果、充填效率与充填效益之间的相互关系,给出了“三效”的量化表征方法、求解流程和计算公式。基于单因素变量分析方法,研究了夯实次数、单次夯实时间、单个支架落料时间和堆料高度4个充填工艺关键因素以及自然安息角和夯实前容重2个充填材料关键因素对“三效”的影响规律,得到了4种“三效”关系类型。根据“三效”关系变化规律并结合充填开采关键参数设计流程进一步提出了针对固体密实充填的“三效”优化控制方法。针对唐山矿T3292充填工作面的“三效”分析表明:充填开采过程中实施了富余的夯实次数,降低了充填效率和效益,建议优化充填材料并减少夯实次数,从而在保证充填效果的同时实现较高的充填开采效率和效益。

关键词：固体充填充填效果充填效率充填效益充填工艺精准控制

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固体充填回收房式煤柱塑性区及应力演化特征

采矿与安全工程学报 2019年第3期36卷 609-616页

作者：安百富余伟健吴根水王彩龙湖南科技大学南方煤矿瓦斯与顶板灾害预防控制安全生产重点实验室湖南湘潭411201 中国矿业大学煤炭资源与安全开采国家重点实验室江苏徐州221116 湖南科技大学煤矿安全开采技术湖南省重点实验室湖南湘潭411201 湖南科技大学资源环境与安全工程学院湖南湘潭411201

为了提供综合机械化固体充填回收房式煤柱采场围岩稳定性控制的理论依据,分析得到了风积沙和黄土混合物料的力学特性和最佳配比,研究了充填物料所受不同初始夯实力、液压支架组对采场煤柱塑性区及应力分布的影响规律。结果表明:随着工... 详细信息

为了提供综合机械化固体充填回收房式煤柱采场围岩稳定性控制的理论依据,分析得到了风积沙和黄土混合物料的力学特性和最佳配比,研究了充填物料所受不同初始夯实力、液压支架组对采场煤柱塑性区及应力分布的影响规律。结果表明:随着工作面推进距离的增加,煤柱塑性区最大截面积及煤柱所受应力逐渐增大并趋近于某一定值,且随着充填物料所受初始夯实力的增大,煤柱塑性区最大截面积及煤柱上最大压应力逐渐减小;液压支架可减少工作面周围煤柱的压应力及塑性区发育范围,但影响较小,且随着充填物料所受初始夯实力的增大,液压支架的作用逐渐减弱。结合分析结果和工程实际,设计采空区充填致密度临界值为1 684.70 kg/m^3。

关键词：固体充填房式煤柱初始夯实力液压支架充填致密度

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固体充填开采地表沉陷预计与控制研究

煤炭与化工 2022年第3期45卷 1-5,11页

作者：李新旺屈正一程立朝郭翔宇李文贵河北工程大学矿业与测绘工程学院河北邯郸056038 河北工程大学河北省高校煤炭资源开发与建设应用技术研发中心河北邯郸056038

为了研究固体充填开采地表沉陷预计与控制,以邢台矿为背景,基于概率积分法与弹性地基理论,建立了固体充填开采地表沉陷预计模型,得到了地表沉陷值的理论解,采用数值模拟和相似模拟相结合的方法对初始充填率为80%、85%、90%和95%四种情... 详细信息

为了研究固体充填开采地表沉陷预计与控制,以邢台矿为背景,基于概率积分法与弹性地基理论,建立了固体充填开采地表沉陷预计模型,得到了地表沉陷值的理论解,采用数值模拟和相似模拟相结合的方法对初始充填率为80%、85%、90%和95%四种情况进行模拟计算,对不同初始充填率条件下的地表沉陷值和下沉系数以及不同推进阶段的覆岩及地表沉陷盆地运移规律进行研究分析。结果表明,基于概率积分法与弹性地基理论建立的沉陷预计模型对地表沉陷进行预计的方法是可行的,为固体充填开采地表沉陷控制提供了理论依据;相比垮落法开采,固体充填开采地表下沉系数平均降低了93.18%~93.33%,提高初始充填率,降低充填体欠接顶量,能有效控制地表沉陷;揭示了不同推进阶段的工作面覆岩和地表沉陷盆地运移规律,为地表构建筑物保护提供参考。

关键词：沉陷模型固体充填地表减沉岩层移动

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综合机械化固体充填质量控制的体系框架

煤炭学报 2013年第9期38卷 1568-1575页

作者：王磊张鲜妮郭广礼查剑锋安徽理工大学测绘学院安徽淮南232001 中国矿业大学国土环境与灾害监测国家测绘局重点实验室江苏徐州221116

为保障固体充填开采岩层移动控制效果,采用理论、实验和工程实践相结合的研究方法,在系统的分析了综合机械化固体充填质量影响因素和岩层移动控制机理基础上,从岩层移动控制理论、充填质量设计、充填质量控制和充填质量效果监测角度,提... 详细信息

为保障固体充填开采岩层移动控制效果,采用理论、实验和工程实践相结合的研究方法,在系统的分析了综合机械化固体充填质量影响因素和岩层移动控制机理基础上,从岩层移动控制理论、充填质量设计、充填质量控制和充填质量效果监测角度,提出了固体充填质量控制体系框架,详细研究了框架中以采定充、夯实应力和充填质量监测系统等关键技术,并建立了充采比定量模型以及夯实应力的估算公式,构建了井下固体充填质量监测系统。将提出的充填质量控制体系框架应用于平煤十二矿工程实践,取得了良好的工程效果。

关键词：固体充填岩层移动质量控制

极近距离煤层固体充填充实率协同控制覆岩运移规律研究

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采矿与安全工程学报 2019年第4期36卷 712-718页

作者：张升张吉雄闫浩刘恒凤王佳奇中国矿业大学矿业工程学院煤炭资源与安全开发国家重点实验室

针对南屯煤矿工广区域下极近距离煤层难以安全回收的问题,采用物理模拟、数值模拟和概率积分法相结合的方法,研究了极近距离煤层固体充填开采充实率协同控制覆岩运移规律。通过对比垮落法与固体充填法开采条件下的覆岩运移特征,得到了... 详细信息

针对南屯煤矿工广区域下极近距离煤层难以安全回收的问题,采用物理模拟、数值模拟和概率积分法相结合的方法,研究了极近距离煤层固体充填开采充实率协同控制覆岩运移规律。通过对比垮落法与固体充填法开采条件下的覆岩运移特征,得到了极近距离煤层覆岩运移控制关键。通过模拟分析不同充实率条件下极近距离煤层固体充填开采的覆岩运移规律,揭示了上下煤层充实率协同控制覆岩运移机理,从而实现极近距离煤层充实率的优化设计。最后利用概率积分法预计了极近距离煤层固体充填开采下的协同控制效果。结果表明:上下煤层充实率均为80%时可保证工广煤柱回收时地表建筑物的安全稳定。

关键词：固体充填极近距离煤层充实率覆岩运移协同控制

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综合机械化固体充填采煤技术研究进展

煤炭学报 2012年第8期37卷 1247-1255页

作者：缪协兴中国矿业大学深部岩土力学与地下工程国家重点实验室江苏徐州221008

在简要综述充填采煤历程和发展现代化充填采煤技术的目标、要求和难点的基础上,系统介绍了综合机械化固体充填采煤技术的研究进展。重点论述了密实充填采煤的岩层移动控制理论,其理论上的突破是新技术发展的前提,主要包括:充填开采岩层... 详细信息

在简要综述充填采煤历程和发展现代化充填采煤技术的目标、要求和难点的基础上,系统介绍了综合机械化固体充填采煤技术的研究进展。重点论述了密实充填采煤的岩层移动控制理论,其理论上的突破是新技术发展的前提,主要包括:充填开采岩层移动控制的等价采高理论;充填开采岩层运动的连续介质力学模型;充填开采岩层移动的计算公式;固体充填的采场矿压与支架受力分析。进而系统介绍了综合机械化固体充填采煤的系统、装备及工艺,以及在密集建筑群下、孤岛村庄煤柱区域、临近松散含水层区域和大型河堤下进行大规模充填开采煤炭的工程实例。

关键词：固体充填综合机械化开采充填与采煤一体化密实充填岩层移动控制理论绿色开采

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煤矿固体充填采煤技术发展回顾与展望

煤炭科学技术 2020年第9期48卷 27-38页

作者：刘建功王翰秋赵家巍河北工程大学河北邯郸056038 河北省煤矿生态保护开采产业技术研究院河北邯郸056038 中煤能源研究院有限责任公司陕西西安710054 中国矿业大学(北京) 北京100083

介绍了我国煤矿充填开采现状。分析了充填开采上覆岩层运移规律和连续曲形梁形成的基本条件,得出了连续曲形梁和充填密实度与关键层的量化关系;描述了充填材料的制备及运输、固体充填装备、巷道固体充填及工作面固体充填技术的特点及其... 详细信息

介绍了我国煤矿充填开采现状。分析了充填开采上覆岩层运移规律和连续曲形梁形成的基本条件,得出了连续曲形梁和充填密实度与关键层的量化关系;描述了充填材料的制备及运输、固体充填装备、巷道固体充填及工作面固体充填技术的特点及其工艺。分析了固体充填开采采充平行作业、充填自动控制和煤矿井下"采选充留"一体化的技术装备体系。提出了保证充填长期效果的散装固体改性充填技术方法。认为充填开采要向精准充填开采,建设全过程生态矿山努力。

关键词：固体充填巷道充填自动化充填充填体改性采选充留一体化

固体充填采煤大断面收作眼围岩变形特征及其控制技术

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中国煤炭 2017年第9期43卷 56-62页

作者：杨阳刘恒凤张升孙鑫山东能源淄矿集团唐口煤业公司山东省济宁市272055 中国矿业大学矿业工程学院江苏省徐州市221116

针对唐口煤矿9301充填工作面收作眼撤架通道大、支护难度高等难题,采用理论分析、数值模拟和工业试验相结合的方法,研究了固体充填采煤大断面收作眼围岩变形特征及控制技术。在掌握固体充填收作眼围岩结构特征的基础上,利用FLAC3D数值... 详细信息

针对唐口煤矿9301充填工作面收作眼撤架通道大、支护难度高等难题,采用理论分析、数值模拟和工业试验相结合的方法,研究了固体充填采煤大断面收作眼围岩变形特征及控制技术。在掌握固体充填收作眼围岩结构特征的基础上,利用FLAC3D数值模拟软件对收作眼的围岩变形破坏规律进行了模拟分析,得出在不同的充实率、采高以及撤架数条件下收作眼围岩的变形特征及围岩应力分布规律,并提出了固体充填大断面收作眼的围岩控制技术,同时将该技术在唐口煤矿9301充填面进行了工业性试验。试验结果表明,在整个撤架过程中收作眼的顶板下沉增量仅为60mm,收作眼围岩变形得到了有效控制。

关键词：收作眼大断面固体充填围岩控制

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固体充填采煤沿空留巷顶板下沉力学机理研究

煤炭科学技术 2018年第3期46卷 33-38页

作者：权凯刘治成徐向阳刘洋中国矿业大学煤炭资源与安全开采国家重点实验室江苏徐州221116

基于固体充填采煤上覆岩层移动特征,为分析巷旁支护体和实体煤帮的稳定性,以唐口煤矿9301充填采煤工作面沿空留巷为算例,采用Winkler弹性地基梁理论,建立了固体充填采煤沿空留巷直接顶力学模型,推导出巷旁支护体宽度和实体煤帮的弹塑性... 详细信息

基于固体充填采煤上覆岩层移动特征,为分析巷旁支护体和实体煤帮的稳定性,以唐口煤矿9301充填采煤工作面沿空留巷为算例,采用Winkler弹性地基梁理论,建立了固体充填采煤沿空留巷直接顶力学模型,推导出巷旁支护体宽度和实体煤帮的弹塑性区长度计算式。研究结果表明:求算得出影响唐口矿巷道直接顶下沉的3个主要参数值,即当巷旁支护体的弹性地基系数为50 MN/m^3,其宽度为3 m,采空区充填体弹性地基系数为80 MN/m^3时,可较好的控制巷道直接顶下沉;同时结合唐口煤矿9301轨道巷顶底板移近量具体监测结果,顶底板最大移近量仅为213 mm,沿空巷道围岩控制效果良好。

关键词：固体充填弹性地基梁弹性地基系数巷旁支护体宽度