破碎矸石压实特性的时效性研究

发布时间：2020-06-23 09:05

【摘要】：固体矸石充填体的压实变形直接影响煤矿采空区上覆岩层位移场和应力场。研究矸石充填体的压实力学特性、探讨矸石充填体的蠕变变形机理、分析矸石充填开采过程中采场位移场和应力场的演化规律是采空区上方地表建筑物和构筑物安全评估的基础性研究课题,对实现“三下”安全采煤具有重要的理论价值和工程意义。本文综合运用室内试验、理论研究及数值模拟等方法,系统地研究了矸石充填开采对覆岩移动变形规律的影响。通过室内试验得到了矸石充填体的压实性能和蠕变性能,构建了矸石充填体的应力-应变关系;运用Winkler地基梁理论分析了采空区顶板的弯曲变形规律;通过数值模拟分析了采空区位移场和应力场的分布与变化规律。通过研究得到主要成果:(1)通过矸石充填体的侧限压实试验,分析了颗粒级配(Talbot指数)、材料配比(水灰质量比)对矸石充填体压缩模量、孔隙率、压实度和碎胀系数的影响规律,并构建了一种侧限矸石充填体本构模型。(2)通过矸石充填体的压实蠕变试验,得到了矸石充填体轴向应变和孔隙率随时间变化的关系,构建了非线性黏弹塑性蠕变模型,并分析了颗粒级配(Talbot指数)对蠕变参量的影响。(3)分析了传统垮落法开采和充填开采中覆岩移动特征,基于弹性地基梁理论建立了一种矸石充填开采覆岩移动力学模型,进而得到煤层区和充填区对顶板支撑应力的表达式。(4)利用数值模拟软件FLAC~(3D)结合采场实际地质参数建立矿区三维模型。根据矸石压实试验数据,利用FLAC~(3D)内置的FISH语言,编制出矸石充填体非线性压实本构关系的代码,计算覆岩的位移场和应力场。分析了颗粒级配(Talbot指数)、充填率和材料配比(水灰质量比)对覆岩变形的影响,得到了一种矸石充填开采最优级配方案。
【学位授予单位】：中国矿业大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2019
【分类号】：TD823.7
【图文】：

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1 绪论响，分析了条带矸石充填开采的稳定性。李强[98]利用粘弹性模型对矸石充填开采下覆岩变形的机理展开研究。郭忠平[99]通过理论分析得到矸石充填体的优化参数，同时建立充填体-顶板耦合力学模型对充填体的稳定性进行了分析。钱鸣高[100]提出了关键层理论，给出了关键层刚度和强度的满足条件。许家林[101]基于关键层理论，编制出关键层位置的判别软件，给出了关键层位置的具体判别方法。缪协兴、茅献彪、陈荣华等[102-104]基于关键层理论，分析了单一关键层、复合关键层的破断规律。许家林[105]通过数值模拟研究分析了关键层移动对覆岩和地表的影响规律。关键层破断后将以砌体梁形式承载，砌体梁的 S-R[106]稳定性对采场矿压控制至关重要。Mez 和 Schauenburg[107-110]通过试验研究和数值模拟，分析了不同材料配比下矸石充填开采对覆岩移动变形规律的影响。对于综合机械化矸石充填开采上覆岩层移动变形的预测，缪协兴和郭广礼[111-112]提出了等价采高的思想，基于等价采高原理（如图 1-1），结合传统的岩层移动变形分析方法，研究了地表沉陷和覆岩破坏问题。

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n 对 a1、 a2、 a3、b1和 b2的影响可用线1222321222 a Qa Qa Qb Qb Q（2-16）同构成了侧限矸石充填体的本构模型。ment and Methods）压实装置内径为 100mm，装料高度约为理。压实装置由压料杆、压料桶、底座示。试验所采用的加载设备为 TAW-2000载力为2000kN，测控范围为0~250mm，

【参考文献】