城镇建筑群下矸石充填开采新技术与实践

煤炭是我国的重要资源和主要能源之一,随着近些年来煤炭产量的不断提高,使得采掘作业面逐步向纵深方向发展,由此产生的矸石量也随之不断增多,大量矸石在升井后,对环境造成了一定的损害。针对这一问题,相关的专家学者将研究重点放在了矸石直接充填采煤技术上,并在不断的研究中取得了一定的成绩,这为我国煤矿实现绿色开采提供了条件。基于此点,本文就矸石直接充填采煤的技术框架、关键设备及充填开采工艺进行浅谈。

文中针对开滦某矿压煤试采区地质采矿条件和地面建筑情况,进行了建筑群下多煤层条带开采方案设计,并进行了开采试验,通过实际开采和地表观测站观测发现,煤层条带开采后地表移动变形轻微,未对该区域建筑群产生明显影响,说明条带开采设计方案是科学合理的,该研究成果对类似条件下的建筑物下采煤具有借鉴作用。

针对阳泉东坪煤矿建筑物下压煤多、埋藏较浅的特点,基于综合机械化长壁矸石充填工艺技术,提出了间歇分层长壁矸石充填开采采出建筑物下压煤的技术途径。在分析长壁矸石充填开采沉陷控制机理的基础上,利用等价采高的概念设计了试验区分层开采厚度分别为3.1和3.0m,并对方案进行了地表沉陷预计。结果表明,第1分层开采后地表的移动变形值均在设防标准之内;第1分层开采稳定后,对建筑物进行简单的维修和加固,可进行下一分层开采,地表移动变形仍在设防标准之内,为该矿井最大限度地解决建筑物下压煤问题提供了一种安全、经济的合理开采方法。

为了研究固体充填开采地表沉陷影响因素,实现建筑物下安全开采,以唐山矿t3281n工作面为工程背景,运用现场实测和flac3d数值模拟相结合的方法,分析了地表变形参数与充填体压缩率、充填率的关系。结果表明:实测地表最大下沉值为38mm,仅占采高的1%,充填开采地表变形较小；充填率从70%增加到95%时,地表下沉峰值和水平变形峰值分别减小了67.1%和70%。；压缩率由25%减小至5%时,地表下沉峰值和水平变形峰值分别减小了61.8%和61.3%；合理提高充填率与压实度能够有效降低开采沉陷程度,充分保护地表建(构)筑物。

矿业经济发展必须适应生态环境保护、安全生产和资源高效利用的国家可持续发展战略,推广和采用充填法采矿是实现该发展战略的主要内容之一.当前采用充填法开采破碎矿体存在的普遍问题是生产效率低、充填成本高,企业担心影响经济效益而有所顾虑.某铅锌多金属矿,大部分矿岩破碎,前期采用浅孔留矿法,采场垮塌严重,贫化损失大,生态环境保护和安全生产条件差.针对该矿的开采技术条件,设计改为废石分段充填法开采,通过优化改进,提高了生产能力,降低了贫化损失,安全生产条件和矿区生态环境得到了改善,并产生了良好的经济效益.

根据充填开采的特点,针对某煤矿的煤层地质条件,对不同配比的充填体进行了实验室试验,结合现场最终确定了科学的充填材料配比和"见七充四"的泵送矸石充填方式。现场工业性试验表明该技术是成功且高效的,该成果已取得了明显的社会经济效益,对类似矿井有一定的借鉴作用。

南阳坡矿就工作面过空巷时，采用高水速凝材料充填法和煤体再造法加强空巷支护强度进行了技术可行性分析，并就传统方法、高水充填法和煤体再造法进行了经济和安全性对比分析，得出高水速凝材料充填法技术可行，成本更低，施工安全性更高的结论。

文中针对湿陷性黄土地区村庄建筑群下煤炭开采的特殊地质环境条件,采取分阶段条带开采、观测的方式,结合现场条带开采实例和观测数据,总结了湿陷性黄土覆盖条件下的条带开采地表移动规律,取得了建筑物不搬迁无损条带开采和不搬迁微损条带开采两项研究成果。

分析了充填开采支架与围岩关系和上覆岩层移动特征,确立顶板载荷估算方法,并通过充填开采实例进行验证。研究表明:充填工作面周期来压步距大,来压强度不明显;直接顶随着工作面推进逐渐冒落,垮落步距相比于普通综采工作面显著增大;基本顶以缓慢下沉形式发生弯曲变形,上覆岩层移动范围明显减小。支架高工作阻力可以控制顶板的下沉量,保证良好的充填效果,进而减小覆岩破坏高度,控制地表变形。

应用采动地表位移变形的极坐标模型,通过计算机预计模拟和全盆地位移变形等值线图优化分析,结合离层带注浆充填技术,得出采动对建筑物影响最小的工作面布置方式及其有关参数,通过改变工作面的布置方式和参数,有效地减少地表位移变形程度和控制覆岩下沉,从而达到保护建筑物,提高回采率的目的。这种方法安全、经济、技术管理简单可行。

本文通过韩桥煤矿多年来在建筑群下采用大采面走向宽条带开采法试验取得成功，从理论和实测两方面对条带煤柱的受力分析和矿压显现规律进行了总结，为推广应用大采面宽条带开采方法提供了理论依据。

近些年来,随着社会和经济的快速发展,我国煤矿开采事业也获得了更大的发展空间。煤炭资源是社会生产中一项重要的资源,煤矿开采的效率直接影响煤炭资源的使用效率和矿井的可持续发展。在市场经济快速发展的背景下,煤矿开采技术也向着多样化的方向发展,尤其是建筑物下压煤充填开采技术呈现出快速发展的趋势,而且受到了广泛的应用。文章主要针对建筑物下压煤充填开采的相关问题进行简要探讨。

简要介绍了卧牛山煤矿在徐商公路下７８９工作面采用带开采法有效保护地面建筑物的方法。

矿山地下开采引起的围岩应力变化及地表变形影响着地面建筑物的安全；采用abaqus有限元软件对金属矿山充填开采引起的岩体变形及地表移动规律进行了研究；以矿山实际开采现状及实测数据为基础；建立了具有复杂空间结构的三维地层模型；利用子程序sigini编程施加地应力；采用修正mohr-coulomb模型模拟岩体；计算得出:由于围岩力学强度较高；开采引起顶板下沉量相对较小；充填对于控制底鼓具有一定抑制作用；预留矿柱主要承受较大竖向压应力；矿柱尺寸越小压缩量越大；地表充填站位于采空区边缘位置；水平及竖向位移相对较小；地表变形主要集中在采空区中部位置；研究成果可为矿山安全开采提供依据；为地面监测点的选择提供参考；

充填支架是充填开采中的关键设备。充填支架不仅支护顶板,维护安全作业空间,推移工作面输送机和采煤机,而且担负采空区充填、物料夯实及物料在采空区的输送任务。针对目前充填支架在充填开采中的关键作用,根据邢台矿的具体地质条件进行充填支架设计,重点对支架后部尾梁的支护机构及其强度,充填结构、夯实机构的设计及物料运输系统等结构进行探讨。通过在邢台矿的工业性试验表明物料充填开采液压支架设计合理,充填效果良好,经地面及井下观测数据分析,地表沉陷量达到了预期效果。

针对建下条采煤柱回收和井下矸石处理的重大技术难题,提出矸石置换开采。通过阐述矸石充填巷集中与分散布置对地表移动的影响、分析置换开采留设煤柱的合理宽度,最终确定在条采煤柱中央集中布置2条矸石充填巷,充填巷尺寸为4.0m×5.0m(宽×高)、巷间煤柱宽4.0m;基于数值模拟方法分析置换开采留设煤柱的稳定性、条采与置换开采老顶层面上垂直应力分布,得出置换开采留设煤柱满足煤柱强度设计要求、基本顶岩层结构保持稳定的结论。并运用相关的力学理论,分析置换开采后顶板的运动和变形特征,得出基本顶不会破断,地表变形没有超过建筑物允许变形范围。设计矸石置换开采充填工艺,该研究成果已成功应用于工程实践。

用力学理论阐述了充填原理，矸石自溜充填法的使用条件，分析了各种充填状态顶、底板的移动情况及自溜充填法不同于其它充填法减小地表移动与变形的机理，阐明了该充填方法在工艺上及综合治理等方面的优越性，并论述了该方法在建筑物下采煤的实用性及可推广性。

根据村庄下条带开采的经验,对城区密集建筑物下条带开采进行研究,合理确定采留比和宽深比,并对大断层两翼条带布置方式进行了合理确定,预计地表主体建筑物的移动与变形,对因采动影响引起断层活化造成的影响进行预计,采用协调开采方法予以消除,从而实现城区密集建筑物下的安全开采

针对我国建筑物下压煤量大以及地面矸石堆积污染环境的现状,在分析现有建筑物下开采技术途径的基础上提出了采用矸石充填巷采进行建筑物下压煤开采。通过对矸石充填巷采地表沉陷控制原理的分析研究,确定了建筑物下矸石充填巷采地表沉陷控制方案设计的基本原则;为结合某矿地质采矿条件,做出了实例分析,并就地表沉陷进行了预计,结果表明:矸石充填巷采应用于建筑物下压煤开采是可行和可靠的。

密集建筑群下倾斜特厚煤层开采

针对许厂煤矿面临的村庄建筑物下的压煤、条带煤柱的置换开采、井下矸石处理3个主要问题,在矸石物理力学指标测试、数值模拟研究的基础上,提出了可行的矸石置换开采建筑物下条带煤柱的方案。结果表明,在保证地表变形在ⅰ级保护范围内前提下,通过在条采煤柱中掘充填巷,并利用井下矸石进行充填的技术手段,对条带开采后留设的煤柱进行置换开采,是一条节约资源、保护环境、提高经济效益的科学之路。

通过建立力学简化模型,分析了充填法采煤方式下充填支架与围岩的关系。研究发现:充填采煤方式下,由于充填体起到支撑直接顶和基本顶的作用,直接顶的初次垮落步距增大,采场周期来压现象不明显,对地表的破坏程度降低。同时,通过对直接顶载荷的估算,为充填支架的设计和应用提供了依据。