固體充填材料力學(xué)特性研究及應(yīng)用.pdf

1、固體充填采煤技術(shù)通過(guò)將固體充填材料直接充入采空區(qū),置換出一般傳統(tǒng)方法無(wú)法采出的煤炭資源,屬煤礦綠色開(kāi)采技術(shù)。作為該項(xiàng)技術(shù)的重要組成部分,近年來(lái)固體充填材料向多元化發(fā)展,種類包括矸石、粉煤灰、高原黃土、露天礦渣和風(fēng)積沙。固體充填材料的力學(xué)特性對(duì)采場(chǎng)充填標(biāo)準(zhǔn)的制定、充填體與圍巖變形特征的分析以及覆巖變形情況的預(yù)測(cè)等研究有重大意義。本文在簡(jiǎn)要介紹固體充填采煤方法和巖層移動(dòng)特征的基礎(chǔ)上,采用試驗(yàn)研究、理論分析、數(shù)值模擬及現(xiàn)場(chǎng)實(shí)測(cè)等多種研究手段,

2、對(duì)固體充填材料的壓實(shí)變形機(jī)理以及基于固體充填材料的充實(shí)率控制進(jìn)行研究,得到如下研究成果:
　　(1)在分析固體充填采煤和傳統(tǒng)垮落法開(kāi)采巖層移動(dòng)規(guī)律的不同之處的基礎(chǔ)上,研究固體充填材料力學(xué)特性對(duì)巖層移動(dòng)控制的影響。通過(guò)相同地質(zhì)條件改變充填體變形模量的數(shù)值模擬結(jié)果可以得出,充填材料的力學(xué)特性對(duì)固體充填采煤地表控制起著明顯作用。
　　(2)通過(guò)電鏡掃描試驗(yàn),對(duì)固體充填材料的細(xì)觀結(jié)構(gòu)進(jìn)行分析,探究其壓實(shí)變形的內(nèi)部機(jī)理,從顆粒大小及孔

3、隙結(jié)構(gòu)的角度分析了風(fēng)積沙、矸石、露天礦渣、高原黃土和粉煤灰的抗變形能力依次增大。又通過(guò)五種充填材料的壓實(shí)試驗(yàn),總結(jié)出在側(cè)限壓縮條件下的應(yīng)力—應(yīng)變、應(yīng)力—容重和壓實(shí)本構(gòu)特性規(guī)律,為固體充填采煤技術(shù)的實(shí)施提供基礎(chǔ)數(shù)據(jù)的同時(shí)進(jìn)行對(duì)比分析,進(jìn)一步驗(yàn)證風(fēng)積沙、矸石、露天礦渣、高原黃土和粉煤灰的抗變形能力依次增大。
　　(3)對(duì)矸石、粉煤灰、高原黃土、露天礦渣和風(fēng)積沙五種充填材料進(jìn)行壓實(shí)流變?cè)囼?yàn),得出如下結(jié)論:相同充填材料,軸向恒載作用力越大

4、,穩(wěn)定后的壓縮變形量越高;在壓力水平相同時(shí),流變變形穩(wěn)定后風(fēng)積沙、矸石、露天礦渣、粉煤灰和高原黃土的變形量依次減小,由此可以看出,抗變形能力依次增大。
　　(4)基于充填材料壓實(shí)特性,對(duì)固體充填采煤控制覆巖移動(dòng)的關(guān)鍵因素指標(biāo)充實(shí)率進(jìn)行分析,提出固體充填采煤液壓支架夯實(shí)力2MPa設(shè)計(jì)指標(biāo)、充填工藝指標(biāo)充采質(zhì)量比。并根據(jù)壓實(shí)時(shí)間相關(guān)特性得出的試驗(yàn)數(shù)據(jù),制定了基于固體充填材料的充填開(kāi)采設(shè)計(jì)流程。通過(guò)在濟(jì)寧花園煤礦工業(yè)性實(shí)驗(yàn),驗(yàn)證了基于充