具有膨脹特性膏體充填材料的物理力學特性試驗研究.pdf

1、目前采空區(qū)膏體充填是解決煤礦開采引起的地表沉陷、破壞最有效的方法之一。膏體充填不僅可以改善煤矸石、粉煤灰等固體廢棄物無序堆積對環(huán)境污染的影響，還可以解放村莊及建筑物下大量壓煤的問題。膏體充填材料作為充填技術的核心，對充填體力學性能的優(yōu)劣、充填成本的高低及充填開采控制地表沉陷的效果起著關鍵性作用。為此，論文通過實驗室試驗、理論分析及數(shù)值模擬的方法，圍繞具有膨脹特性膏體充填材料的工作性能及力學特性進行了系統(tǒng)的研究。
　　主要研究內(nèi)容及

2、結(jié)果如下:
　　(1)根據(jù)采空區(qū)頂板巖層的變形破壞規(guī)律與理論，得出充填體的早期強度至少達到0.15MPa才能滿足其保持自穩(wěn)及有效支護直接頂?shù)囊?對采用長壁間隔充填法充填體的后期強度，根據(jù)條帶開采煤柱承載能力的計算方法，提出充填體的后期強度應在保持頂板穩(wěn)定性的條件下根據(jù)充填體在采空區(qū)所受的上覆巖層載荷相匹配。為滿足膏體料漿的泵送需求其坍落度應達到12cm以上，泌水率應控制在1.4％-3.2％。作為粗骨料的煤矸石顆粒其最大粒徑要求小

3、于25m，其中小于5mm的顆粒比重要不小于40％的級配要求。
　　(2)研制出以煤矸石、粉煤灰、水泥、膨潤土及部分化學激發(fā)劑為主的具有膨脹特性的膏體材料，通過XRD、SEM等化學分析方法，對不同養(yǎng)護齡期(8h、1d、7d、28d)下的膏體試件進行微觀水化機理研究。分析了膏體材料中不同膨潤土摻入比膨脹率隨時間的變化關系，以及膏體材料的力學強度、膨脹率與膨潤土摻量之間的關系。
　　(3)設計了煤矸石、粉煤灰、水泥、輔助材料和膨潤

4、土的配比試驗，通過系統(tǒng)的力學試驗（單軸壓縮、單軸拉伸、剪切），得到膨脹特性膏體充填材料的最優(yōu)配比。結(jié)果表明:水泥是影響膏體材料強度的關鍵因素，粉煤灰對膏體材料不同齡期的強度貢獻較小;膏體材料膨脹率隨膨潤土摻量的增加呈上升趨勢，當摻量大于60％，其力學強度與流動性會受到很大影響;
　　(4)運用FLAC3D模擬軟件分析了充填體的不同充填參數(shù)對采空區(qū)頂板及上覆巖層的垂直應力和垂直位移的影響，以及對塑性區(qū)破壞范圍。得出隨著膏體材料充填率