具有膨脹特性膏體充填材料的物理力學(xué)特性試驗(yàn)研究.pdf

1、目前采空區(qū)膏體充填是解決煤礦開(kāi)采引起的地表沉陷、破壞最有效的方法之一。膏體充填不僅可以改善煤矸石、粉煤灰等固體廢棄物無(wú)序堆積對(duì)環(huán)境污染的影響，還可以解放村莊及建筑物下大量壓煤的問(wèn)題。膏體充填材料作為充填技術(shù)的核心，對(duì)充填體力學(xué)性能的優(yōu)劣、充填成本的高低及充填開(kāi)采控制地表沉陷的效果起著關(guān)鍵性作用。為此，論文通過(guò)實(shí)驗(yàn)室試驗(yàn)、理論分析及數(shù)值模擬的方法，圍繞具有膨脹特性膏體充填材料的工作性能及力學(xué)特性進(jìn)行了系統(tǒng)的研究。
　　主要研究?jī)?nèi)容及

2、結(jié)果如下:
　　(1)根據(jù)采空區(qū)頂板巖層的變形破壞規(guī)律與理論，得出充填體的早期強(qiáng)度至少達(dá)到0.15MPa才能滿足其保持自穩(wěn)及有效支護(hù)直接頂?shù)囊?對(duì)采用長(zhǎng)壁間隔充填法充填體的后期強(qiáng)度，根據(jù)條帶開(kāi)采煤柱承載能力的計(jì)算方法，提出充填體的后期強(qiáng)度應(yīng)在保持頂板穩(wěn)定性的條件下根據(jù)充填體在采空區(qū)所受的上覆巖層載荷相匹配。為滿足膏體料漿的泵送需求其坍落度應(yīng)達(dá)到12cm以上，泌水率應(yīng)控制在1.4％-3.2％。作為粗骨料的煤矸石顆粒其最大粒徑要求小

3、于25m，其中小于5mm的顆粒比重要不小于40％的級(jí)配要求。
　　(2)研制出以煤矸石、粉煤灰、水泥、膨潤(rùn)土及部分化學(xué)激發(fā)劑為主的具有膨脹特性的膏體材料，通過(guò)XRD、SEM等化學(xué)分析方法，對(duì)不同養(yǎng)護(hù)齡期(8h、1d、7d、28d)下的膏體試件進(jìn)行微觀水化機(jī)理研究。分析了膏體材料中不同膨潤(rùn)土摻入比膨脹率隨時(shí)間的變化關(guān)系，以及膏體材料的力學(xué)強(qiáng)度、膨脹率與膨潤(rùn)土摻量之間的關(guān)系。
　　(3)設(shè)計(jì)了煤矸石、粉煤灰、水泥、輔助材料和膨潤(rùn)

4、土的配比試驗(yàn)，通過(guò)系統(tǒng)的力學(xué)試驗(yàn)（單軸壓縮、單軸拉伸、剪切），得到膨脹特性膏體充填材料的最優(yōu)配比。結(jié)果表明:水泥是影響膏體材料強(qiáng)度的關(guān)鍵因素，粉煤灰對(duì)膏體材料不同齡期的強(qiáng)度貢獻(xiàn)較小;膏體材料膨脹率隨膨潤(rùn)土摻量的增加呈上升趨勢(shì)，當(dāng)摻量大于60％，其力學(xué)強(qiáng)度與流動(dòng)性會(huì)受到很大影響;
　　(4)運(yùn)用FLAC3D模擬軟件分析了充填體的不同充填參數(shù)對(duì)采空區(qū)頂板及上覆巖層的垂直應(yīng)力和垂直位移的影響，以及對(duì)塑性區(qū)破壞范圍。得出隨著膏體材料充填率