粉煤灰固化充填密閉特性參數(shù)數(shù)值模擬研究.pdf

1、隨著我國能源結(jié)構(gòu)的調(diào)整及采礦技術(shù)的不斷發(fā)展，新的生產(chǎn)工藝及技術(shù)給礦井帶來較大經(jīng)濟(jì)效益，同時(shí)也使得礦井災(zāi)害防治面臨著新的挑戰(zhàn)。一方面采空區(qū)永久密閉墻受壓、沖擊后破裂損壞嚴(yán)重，致使采空區(qū)遺煤自燃事故頻發(fā)；另一方面井下聯(lián)巷增多，密閉工作量大且受壓后破損嚴(yán)重，漏風(fēng)現(xiàn)象普遍，給礦井正常生產(chǎn)造成了較大的影響。傳統(tǒng)密閉墻的構(gòu)筑工作量大、時(shí)間長、成本高，受壓破裂后容易造成煤自然發(fā)火。近幾年，國內(nèi)外學(xué)者對(duì)密閉墻新型充填材料展開了大量理論及實(shí)驗(yàn)研究，提出了

2、一系列高強(qiáng)度、低成本、高彈性充填密閉材料。然而井下施工情況及地質(zhì)條件復(fù)雜多變，密閉墻構(gòu)筑后墻體的密閉效果難以估算，密閉墻穩(wěn)定性、可靠性難以保證，密閉墻受壓或沖擊后破壞性難以估算，這些問題能否解決關(guān)系到井下防滅火工作成效。
　　本文結(jié)合當(dāng)前國內(nèi)外在礦井密閉墻的研究現(xiàn)狀，總結(jié)了防滅火密閉墻在煤礦的應(yīng)用現(xiàn)狀及密閉墻材料研究進(jìn)展；探討了密閉墻的作用機(jī)理和破壞因素、穩(wěn)定性判定指標(biāo)。以粉煤灰為基料，水玻璃及熟石灰組合作為固化劑，通過三因素四水

3、平正交實(shí)驗(yàn)測(cè)定了混合漿液流動(dòng)度、初終凝時(shí)間、抗壓強(qiáng)度，結(jié)合井下工程指標(biāo)優(yōu)化了粉煤灰固化充填密閉材料配比。利用單軸、三軸實(shí)驗(yàn)機(jī)對(duì)最佳配比進(jìn)行了力學(xué)性能測(cè)試，得到了單軸三軸壓縮作用下充填材料的應(yīng)力～應(yīng)變規(guī)律、破壞特征及相應(yīng)的力學(xué)特性參數(shù)。結(jié)合理論力學(xué)基礎(chǔ)，基于抗剪強(qiáng)度、最大剪應(yīng)力、最大彎矩理論與密閉墻的關(guān)系推導(dǎo)了密閉墻的理論厚度?；诰虏煽諈^(qū)永久密閉墻的作用機(jī)理和破壞原理，對(duì)永久密閉墻進(jìn)行力學(xué)分析并建立了力學(xué)數(shù)學(xué)模型及相應(yīng)的本構(gòu)模型和邊界

4、條件；針對(duì)云岡煤礦8617工作面回風(fēng)巷地質(zhì)條件，結(jié)合理論厚度公式得到了相應(yīng)的不同數(shù)值模擬工況，采用FLAC3D軟件對(duì)各工況下密閉墻的應(yīng)力場(chǎng)、位移場(chǎng)和塑性區(qū)進(jìn)行數(shù)值模擬分析，從理論上驗(yàn)證分析了該工作面回風(fēng)巷永久密閉墻的合理厚度。基于聯(lián)絡(luò)巷密閉墻的破壞機(jī)理和影響因素，針對(duì)云崗礦8617工作面聯(lián)絡(luò)巷密閉段地質(zhì)條件，結(jié)合理論厚度公式得到了相應(yīng)的不同數(shù)值模擬工況，采用ANSYS軟件建立了聯(lián)絡(luò)巷密閉墻三維數(shù)值模型并確立了相應(yīng)的邊界條件，引入了基于A

5、NSYS軟件建模的FLAC3D導(dǎo)入技術(shù)，利用FLAC3D軟件對(duì)不同工況聯(lián)巷密閉墻進(jìn)行數(shù)值模擬后得到了各工況下密閉墻的應(yīng)力場(chǎng)、位移場(chǎng)和塑性區(qū)，從理論角度確定了該工作面聯(lián)絡(luò)巷密閉墻的合理位置和墻體厚度。
　　本文基于實(shí)驗(yàn)研究確定了粉煤灰固化材料最優(yōu)配比及其力學(xué)特性參數(shù)，根據(jù)理論分析建立了密閉墻力學(xué)模型及數(shù)值模型和邊界條件；通過數(shù)值模擬確定了采空區(qū)永久密閉墻及聯(lián)絡(luò)巷密閉墻的關(guān)鍵參數(shù)，為更加有效的確定密閉墻特性參數(shù)提供理論依據(jù)，對(duì)采空區(qū)及