动力扰动下深部采空区围岩力学响应及充填作用效果--《成都理工大学学报(自然科学版)》2012年06期
动力扰动下深部采空区围岩力学响应及充填作用效果
【摘要】：针对深部采空区承受高静载同时受到周边采场爆破地震波扰动的具体情况,为研究采场围岩的稳定性,应用应力波方法分析了采空区围岩受到侧崩时的动力响应及充填的支护效果,采用有限差分软件FLAC3D模拟了安徽省铜陵的冬瓜山铜矿典型采场受到周边开采爆破侧崩时的动力特征及全尾胶充填的支护效果。分析结果表明:爆炸地震波传播过程中,围岩应力场受到扰动,采空区自由面振动速度幅值约为围岩内部的2倍,围岩产生新的塑性变形,质点位移增加;对采场进行充填能够降低接触面振动速度,减少围岩塑性变形及质点位移,从而保护了采场间柱,提高采场围岩稳定性。
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【分类号】：TD313【正文快照】：
由于长期的开采,埋藏在浅部的矿产资源日益减少,进入深部高应力区进行资源开采已成为必然趋势。深部矿山“三高一扰动”的特殊环境使深部开采岩石力学与浅部开采岩石力学有着很大的区别,特别是高地应力条件下,强烈的动力扰动会使岩石表现出十分特殊的力学行为,甚至诱发岩爆、
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煤矿采空区充填工艺探索
2014年37期目录
&&&&&&本期共收录文章20篇
　　[摘 要]在对传统煤矿采空区充填工艺特点分析的基础上，对煤矿采空区的填充工艺进行探讨，并就当前我国煤矿充填工艺的进展予以研究，通过上述分析，对有效治理井下环境污染、提高充填采矿生产效率等方面具有极大应用价值的似膏体充填工艺进行探析。 中国论文网 /1/view-6480181.htm　　[关键词]煤矿；采空区；充填工艺；似膏体充填 　　中图分类号：TD822+.1 文献标识码：A 文章编号：X（5-01 　　为了获得更大量的煤炭资源，最为普遍使用的开采方法就是充填开采，其使用优点在于煤炭开采率极高，可有效提升开采效率。但是，由于其工艺较为复杂、成本投入较高等缺点，阻碍了这一开采技术的大范围推广，近些年来，随着我国国民经济的高速发展，科学技术的不断进步，充填工艺的应用也愈加广泛起来。 　　一.传统煤矿采空区充填工艺探析 　　（一）充填工艺分类 　　1.粉煤灰充填工艺 　　高浓度粉煤灰胶结充填能够解决粉煤灰的脱水、压缩、流失、沉降等技术问题，且充填能力大幅度提高，不会造成管道堵塞问题。 　　2.矸石自溜充填工艺 　　一般该工艺使用在煤层倾角较大的采空区充填中，利用齿轨车、单轨吊车或者是卡轨车等辅助运输工具，将矸石由掘进工作面直接输送至采空区。我国大部分煤田都表现出倾斜状态，将矸石放置在采场上部煤层底板时，便会自然发生向下滑动的效应，且其下滑趋势随着煤层倾斜角度的增大而增大。为了取得较好的充填效果，对煤层倾角的要求必须要在30°以上。 　　3.水力充填工艺 　　该工艺是利用水力输送的方法，将充填料浆利用充填管路输送到采空区予以充填。由于涉及到管道的运输，这就对充填料的粒径有了一定要求，如若粒径过大，可能会导致管道的堵塞；另外，充填材料还要具有较强的防水性，细料不宜过多；通常充填材料的选择有山砂、河砂以及碎石等等。 　　4.风力充填工艺 　　该充填法是将压缩空气的风压利用进来，通过垂直管路将充填材料输送到井下的贮料仓，再经由普通输送机传输至采空区风力充填机，利用风压，风力充填机将材料输送至采空区予以充填。在该工艺的使用中，主要涉及到的使用设备有充填管、空气压缩机、风力充填机等。 　　5.矸石带状充填工艺 　　该充填工艺是沿工作面推进方向或者是开切眼，在一定距离通过垒砌一个矸石带进行对顶板的支撑，起到控制地表下沉的作用。且控制地表下沉的效果取决于垒砌的矸石是否能够承受住上覆岩石施加的压力；在某种条件下，如若煤层较薄且夹矸较厚，可以使用矸石带状充填工艺，减少矸石的外运量，实现对煤质与顶板的有效管理。 　　（二）充填工艺特点分析 　　1.粉煤灰充填工艺 　　粉煤灰充填工艺存在着井下脱水、井下排水污染环境、充填强度低且粉煤灰压缩率较大等问题。 　　2.矸石自溜充填工艺 　　该工艺可以与诸多采煤方法予以配合使用，且充填使用设备简单，不必须要准备专用设备，对充填材料的要求也不高，可以就地取材，通常地面砂石或者井下矸石都可以直接使用；充填完成后，随着采场压力的降低工作面可不予密集支柱，不会由于煤厚发生变化而丢煤；但该工艺缺点就是有较高的充填成本，而且充填能力低，没有较好的减沉效果。 　　3.水力充填工艺 　　使用水力充填进行对采空区处理的方法在我国有着极大的应用空间，其对地表减沉的效果远优于矸石自溜填充与风力填充工艺。使用水力充填工艺进行回采工作时，能够有效保障空气的湿润性，减低煤尘污染，尤其是能够很好的用于厚煤层开采中，能有效降低由于煤炭开采对建筑或设施造成的损害。但由于水力填充工艺需要足够的充填材料及专门的充填设备支持，继而导致回采工作量大、工作成本增加。 　　4.风力充填工艺 　　与水力充填工艺相较，风力充填工艺的应用优点则是充填系统较简单，无排泥、排水系统，通过矿井掘进矸石填充可以避免矸石出井；但风力充填工艺的缺点则在于使用设备成本投入大、耗电量大且管路磨损速度快，充填密度小，且地表减沉效果也不如水力充填。 　　5.矸石带状充填 　　在充填时，一旦发生矸石料不足的问题，需要挑顶取料；如若挑顶取料，不仅会降低顶板岩层的稳定性，而且会致使出现直接顶、老顶离层下沉的问题出现。另外会增强工作人员的劳动强度，阻碍工作面的开展速度。 　　二.当前煤矿采空区充填工艺 　　（一）冒落矸石空隙注浆胶结充填工艺 　　该充填工艺是利用冒落带的特性，趁着采空区冒落矸石之间的空隙还并未完全压实时，由钻孔向离层空间进行注浆，通过固化功能进行对离层的填充，当充填材料与冒落矸石发生胶结后，分担一定的支撑力，起到减缓地表变形的作用。其中注浆充填材料的选择可以是化学浆材与粒状浆材两种，水泥以其价格低廉且使用方便的特点已经成为广泛使用的注浆材料。 　　（二）膏体胶结充填工艺 　　采空区高浓度充填工艺作为地表综合减沉技术中的重要组成部分，具有极为广阔的发展前景。一般将膏体交接充填定义为将煤矿的粉煤灰、河砂或者是矸石等加工为不脱水的膏状浆体，保持其高浓度性，并利用充填泵的作用通过管道术中至井下，进行对采空区的充填，同时控制地表沉陷，保证资源采出率。另外，就某些井下温度较高的煤矿来说，大量充填料浆的充填，可以使井下温度得到降低，避免采空区发生自然火灾。 　　（三）似膏体充填工艺 　　煤矿采空区充填可减少开采沉陷问题，但传统充填工艺大对数偏向低浓度水力或者干式充填，存在着充填强度不高、投入成本较高等缺点，减沉效果也明显不足。因此，开发一种新的采空区充填工艺成为煤矿发展的重点，在这种情况下，全沙土固结材料的出现为其奠定了基础。全沙土固结材料主要使用的工业废渣，比如说钢渣、沸腾炉渣等等，再加入一定的化学激发剂与天然矿物，制成的一种粉状物料。其具有成本低、固结能力强的特性，使其作为胶结剂，制成的浆体称之为似膏体。似膏体具有流动性强、井下不脱水、充填强度高等应用优点，是当前煤矿采空区充填中最为理想的充填工艺。 　　三.似膏体充填工艺应用优点 　　（一）保证采矿安全性 　　似膏体充填工艺可进一步控制低压活动，预防由于内因而发生的意外火灾，在进行对自然倾向性煤层的开采，控制矿山安全事故发生方面是最为有效的使用手段。 　　（二）提高充填采矿生产效率 　　似膏体胶结充填工艺具有凝固性强的特点，一般来说只要予以8个小时的养护就能达到其自立强度，且充填周期短，进一步提升了矿山的生产效率。 　　（三）改善井下作业环境 　　由于似膏体交接充填料浆无需脱水或只有少量脱水就可以凝固成为充填体，这也就避免了对巷道内的污水去清理，解决了井下环境污染的问题。 　　（四）节约煤矿充填成本 　　由于似膏体只有少量交接材料的添加就能满足强度较高的要求，而且其料浆不需要脱水，减少了井下排水的费用，像煤矸石等废材也同样作为骨料而无需进行脱泥处理等，都进一步控制了费用的使用。 　　结束语 　　通过对煤矿采空区的传统与新型充填工艺进行介绍，并就这些工艺的各自特点予以探讨，继而得到似膏体充填工艺具有最佳的应用优点，不仅可改善井下环境污染问题，而且还可以在保证煤炭开采量的前提下控制采矿成本，具有积极的推广使用价值。 　　参考文献 　　[1] 曹辉，张佳琳.煤矿采空区充填工艺及进展[J].中国煤炭，2009（03）. 　　[2] 李小彦，董明明.煤矿采空区充填压力注浆治理施工工艺及质量检测探讨[J].科学之友，2008（14）. 　　[3] 何金.试析我国煤矿采空区充填技术的改进[J].科技风，2014（09）. 　　[4] 上官志伟.全充填注浆法在煤矿采空区治理中的应用[J].山西建筑，2014（14）. 　　[5] 田明.城市生活垃圾充填煤矿采空区可行性研究[J].科技创新与生产力，2014（09）. 　　作者简介 　　樊明永，男，（1987-），汉族，山东曲阜人，大专学历，现任山东宏阳矿业有限公司技术科助理工程师 　　王冰冰，男（1985-），汉族，河南栾川县人，大学本科学历，现任山东宏阳矿业有限公司地测科科长。
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充填开采技术是一种在采出煤层之后，顶板没有冒落之前，利用充填材料充填采空区，以减小地表沉降的采矿技术。由于充填材料一般使用煤矸石、粉煤灰和水泥等，原料易得且成本较低，所以近几年，充填开采技术成为煤矿企业用以控制上覆岩层运动的“三下”开采着重考虑的方法。通过一些煤矿的试用，已经证明充填开采技术能够有效地减少地表沉降，提高煤炭的资源回收率，同时还可以处理一些废弃物。条带充填开采技术属于一种部分充填开采技术，即对部分采空区进行充填，构成间隔的充填条带，以支撑上覆岩层。与全部充填开采技术相比，条带充填开采技术能够减少充填体的使用量，降低充填体的成本。由于条带充填是部分充填，所以其条带宽度与间距的参数就直接影响到充填效果，进而对地表沉降有所影响。本文是以曹村煤矿地质条件为基础资料，利用实验室相关实验，测出了该矿煤层顶底板岩层的相关物理力学参数。然后利用关键层理论，判定了该矿区地层中的关键层，并根据关键层以及破断距的相关知识确定了适合该矿地&
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我国是一个以煤炭为主要消费能源的能源大国，随着采煤技术的发展与革新以及人类对煤炭资源需求的加大，我国的煤炭年产量急剧增长。加之煤炭的利用率低、许多煤炭属于“三下”压煤，使得许多地方的煤炭资源在短短几十年甚至几年很快枯竭。为了解决煤炭“三下”压煤问题，充填开采逐渐开始被人们采用。充填开采是一种新型的绿色开采方法，对于减小地表沉降和增加煤炭的利用率效果比较显著。本文以潞安集团李村矿的地质资料为背景，对影响本矿开采沉陷的机理进行了探究；以岩层控制的关键层理论为基础，运用弹性力学的相关知识，将煤层开采后充填工作面顶板简化为弹性薄板的模型，通过理论计算得出顶板的极限跨距为20.33m；计算得出了顶板的应力、应变与顶板变形的挠度的关系，从而可以通过顶板位移的监测来判断顶板的应力变化情况；通过相似模拟技术和数值模拟技术对理论计算的结论进行验证和补充，从而在一定程度上可以为本矿充填开采中工程问题有一定的指导作用。&
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