柔模矸石充填體力學性能研究.pdf

1、矸石充填開采是解決“三下”壓煤問題的有效途徑，是一種生態環保、減沉、減排的新型集約化充填開采技術，可以實現真正意義上的礦井無煤柱開采技術方案。本文針對高河煤礦村莊下壓煤問題，主要對煤矸石顆粒級配、矸石料漿配合比及充填體力學性能等相關問題進行了研究分析。
　　本文以高河煤礦為背景，利用煤礦和附近火電廠生產過程中排放的兩大固態環境污染物，與膠凝材料、水和外加劑攪拌混合，經正交試驗法配合比研究分析得出用于煤礦井下進行充填開采的矸石膠結材

2、料。先將煤矸石塊體用小型顎式破碎機進行破碎，利用試驗篩進行實驗室篩分試驗，確定出配合比試驗所需矸石顆粒粒徑范圍。根據各材料之間的性質特征，設計出相應的正交試驗方案。利用正交試驗所得到的矸石膠結材料，進行抗壓強度試驗分析，分析了濾水方模與普通方模的抗壓試塊強度變化規律，以及不同高度濾水圓模試塊的抗壓強度變化規律。利用數值模擬軟件分析得出各個齡期不同高度下濾水圓模試塊的抗壓強度變化值，進一步得出矸石充填體的力學性能。同時與柔性模板（以下統稱

3、：柔模）搭配使用可以起到很好地充填支護效果以及限制沉降的作用。利用柔模充填開采技術可將矸石料漿封堵在采空區以及提高矸石漿體的充填率和密實性，從而形成穩定的柔模矸石充填體結構。柔模矸石充填開采技術具有充填生產系統布置簡單，機械化推進速度快及煤炭資源采出率高等優點。本文主要通過理論分析、試驗分析及數值模擬等方法，系統分析了柔模矸石充填體的力學性能及充填體在采空區上覆巖層礦壓作用下的應力和變形。
　　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指標均符合要求。分析矸石充填體在柔模的作用下濾水率變化規律，以及對料漿水灰比所產生的影響，得出矸石濾水率和水灰比下降比率是相等的關系。通過比較分析濾水與普通方模試塊的各齡期抗壓強度值，得出濾水試塊早期抗壓強度比普通試塊高，以及得到不同高度充填體的抗壓強度變化規律。應用FLAC3D模擬軟件分析充填體在采場圍巖壓力作用下的受力，得出柔模矸石充填體具有穩定的力學性能及特性，且可以有效地限制頂板垮落下沉