柔模矸石充填體力學(xué)性能研究.pdf

1、矸石充填開(kāi)采是解決“三下”壓煤?jiǎn)栴}的有效途徑，是一種生態(tài)環(huán)保、減沉、減排的新型集約化充填開(kāi)采技術(shù)，可以實(shí)現(xiàn)真正意義上的礦井無(wú)煤柱開(kāi)采技術(shù)方案。本文針對(duì)高河煤礦村莊下壓煤?jiǎn)栴}，主要對(duì)煤矸石顆粒級(jí)配、矸石料漿配合比及充填體力學(xué)性能等相關(guān)問(wèn)題進(jìn)行了研究分析。
　　本文以高河煤礦為背景，利用煤礦和附近火電廠生產(chǎn)過(guò)程中排放的兩大固態(tài)環(huán)境污染物，與膠凝材料、水和外加劑攪拌混合，經(jīng)正交試驗(yàn)法配合比研究分析得出用于煤礦井下進(jìn)行充填開(kāi)采的矸石膠結(jié)材

2、料。先將煤矸石塊體用小型顎式破碎機(jī)進(jìn)行破碎，利用試驗(yàn)篩進(jìn)行實(shí)驗(yàn)室篩分試驗(yàn)，確定出配合比試驗(yàn)所需矸石顆粒粒徑范圍。根據(jù)各材料之間的性質(zhì)特征，設(shè)計(jì)出相應(yīng)的正交試驗(yàn)方案。利用正交試驗(yàn)所得到的矸石膠結(jié)材料，進(jìn)行抗壓強(qiáng)度試驗(yàn)分析，分析了濾水方模與普通方模的抗壓試塊強(qiáng)度變化規(guī)律，以及不同高度濾水圓模試塊的抗壓強(qiáng)度變化規(guī)律。利用數(shù)值模擬軟件分析得出各個(gè)齡期不同高度下濾水圓模試塊的抗壓強(qiáng)度變化值，進(jìn)一步得出矸石充填體的力學(xué)性能。同時(shí)與柔性模板（以下統(tǒng)稱

3、：柔模）搭配使用可以起到很好地充填支護(hù)效果以及限制沉降的作用。利用柔模充填開(kāi)采技術(shù)可將矸石料漿封堵在采空區(qū)以及提高矸石漿體的充填率和密實(shí)性，從而形成穩(wěn)定的柔模矸石充填體結(jié)構(gòu)。柔模矸石充填開(kāi)采技術(shù)具有充填生產(chǎn)系統(tǒng)布置簡(jiǎn)單，機(jī)械化推進(jìn)速度快及煤炭資源采出率高等優(yōu)點(diǎn)。本文主要通過(guò)理論分析、試驗(yàn)分析及數(shù)值模擬等方法，系統(tǒng)分析了柔模矸石充填體的力學(xué)性能及充填體在采空區(qū)上覆巖層礦壓作用下的應(yīng)力和變形。
　　研究分析表明，將矸石顆粒粒徑范圍控制

4、在5mm以下的矸石膠凝體材料的工作性能各項(xiàng)指標(biāo)均符合要求。分析矸石充填體在柔模的作用下濾水率變化規(guī)律，以及對(duì)料漿水灰比所產(chǎn)生的影響，得出矸石濾水率和水灰比下降比率是相等的關(guān)系。通過(guò)比較分析濾水與普通方模試塊的各齡期抗壓強(qiáng)度值，得出濾水試塊早期抗壓強(qiáng)度比普通試塊高，以及得到不同高度充填體的抗壓強(qiáng)度變化規(guī)律。應(yīng)用FLAC3D模擬軟件分析充填體在采場(chǎng)圍巖壓力作用下的受力，得出柔模矸石充填體具有穩(wěn)定的力學(xué)性能及特性，且可以有效地限制頂板垮落下沉