煤矸石塊度結構差異對充填復墾區(qū)地表變形影響試驗研究.pdf

1、煤炭作為我國的主要能源，其生產(chǎn)在給人們帶來效益的同時也造成了開采區(qū)的地表塌陷，以及煤炭生產(chǎn)過程中大量的煤矸石排出堆積成山嚴重污染著環(huán)境。為治理塌陷區(qū)，改變被污染的環(huán)境，以煤矸石作為充填基質進行土地復墾能夠達到一舉兩得的效果。但是，松散的煤矸石充填后，在受到自身荷載作用以及外界表生作用下煤矸石發(fā)生體積變形，進而表現(xiàn)出地表下沉。充填區(qū)的地表下沉量與充填厚度和煤矸石的塊度與巖性及外在因素如含水量、溫度的變化等有關。通常，充填的煤矸石厚度越大，

2、充填區(qū)的地表下沉量就越大。為了使充填區(qū)在下沉穩(wěn)定時達到設計標高值，這就需要在設計標高時有個預留高度，但是，散體煤矸石的承載變形是與其塊度大小相關的。為研究不同塊度結構下煤矸石作為土地復墾充填基質其充填地地表下沉量的差異性，達到為煤矸石充填復墾標高設計提供相應的試驗依據(jù)的目的。本文通過對自然狀態(tài)下的煤矸石進行塊度結構調查將煤矸石分為洗選煤矸石、平均塊度粒徑較大的掘進矸石和塊度粒徑較小的煤矸石3種類型，進而在塌陷區(qū)構建三種不同塊度粒徑級配的

3、煤矸石充填復墾地試驗模型，并在每個試驗模型上布設三個監(jiān)測點，在試驗模型竣工后采集每個監(jiān)測點的高程數(shù)據(jù)，在此之后每十天左右觀測一次每個模型的高程值，隨著每個試驗模型的絕對沉降值的減小，將觀測周期延伸為二十天左右觀測一次每個模型的高程值，在每次觀測完成之后對觀測數(shù)據(jù)進行平差處理，并計算每個監(jiān)測點的絕對沉降值與累積沉降值，并將同一個模型上的三個點求平均值記為該模型的沉降值。同時分析不同塊度結構的試驗模型間的差異性，并應用回歸分析法與灰色系統(tǒng)法

4、對三個試驗模型的變形特征進行分析研究。試驗研究結果表明:
　　(1)在自然煤矸石級配充填復墾試驗中三個試驗模型的沉降速率均為先增大再減小后趨于平穩(wěn)的變化過程;通過回歸分析與灰色系統(tǒng)分析進行建模，三個試驗模型的數(shù)學模型精度雖然存在差異，但是整體看三個試驗模型的擬合效果均較好。
　　(2)在試驗模型的沉降量監(jiān)測周期為10天左右時，外界降雨對模型的影響不是立即表現(xiàn)出來而是有一定的滯后現(xiàn)象，隨著監(jiān)測周期增加為20天左右外界降雨量和三

5、個模型的沉降速率呈現(xiàn)出相同的變化趨勢。
　　(3)三個試驗模型的總體變形表現(xiàn)出一定的差異，在試驗模型的煤矸石充填基質中含有小粒徑較多時煤矸石充填地表總沉降量最小，且前期沉降速率較快，隨著時間推移沉降速率趨于平穩(wěn)，試驗后期其累積下沉速率最小，各試驗模型的累積下沉速率相對穩(wěn)定，且差異性減小;具有相似塊度結構的試驗模型無論是在總下沉量上還是在沉降速率上其差異性均較小。
　　(4)采用兩種數(shù)學模型進行分析與預測均得出，當充填的煤矸石