充填膏体蠕变宏观硬化试验研究

为探索煤矿充填膏体的长期强度特征,采用水泥、粉煤灰、煤矸石等材料按照1∶4∶6配比制成充填膏体试件,对其进行了单轴压缩与蠕变试验。基于试验结果,分析了充填膏体试件的物理特性、蠕变瞬时变形模量等参数变化规律。研究表明:充填膏体致密性差、可压缩性强,在缓慢加载过程中试件趋于均匀、致密;蠕变试验过程中,在破坏前的各级应力水平上,随着应力水平提高和变形增加,充填膏体试件的瞬时变形模量增大,增长率为1.77×105%;同时,每级应力水平下弹性应变阶段的应变率随应力水平提高而逐渐减小;充填膏体蠕变强度大于单轴抗压强度,平均蠕变系数为1.09,充填膏体在蠕变过程中强度发生了宏观硬化。     

煤矿充填膏体力学性质试验研究

为研究煤矿井下工程条件下充填膏体的力学性质,在岱庄煤矿充填现场取得不同龄期的膏体,采用MTS815.03电液伺服岩石试验系统对其进行单轴压缩试验,分析了在工作面有限空间和特定环境下充填膏体的力学特性。研究表明,井下充填体强度相对较高,但凝结性差,力学性质离散性大;单轴压缩强度为2.3～13.17 MPa,平均5.436 MPa;膏体的弹性模量很低,为53.66～2614.35 MPa,平均645.14MPa,在承载时变形较大;泊松比偏低,为0.0001～0.2112,平均0.0265,表明膏体承载压缩变形不需要横向变形空间;拟合回归了不同龄期充填膏体的力学参数。研究成果对有效控制地表开采沉陷、解放"三下"煤炭资源、保护矿区生态环境具有一定的意义。     

超高水充填材料侧限压缩应力应变本构关系研究

开展超高水充填材料应力应变关系研究对准确了解充填体与围岩相互作用关系,选取合理的采煤工作面采空区充填体强度和材料配比具有重要意义。根据不同经典理论模型的本构关系特征,结合常用的3种水灰比超高水充填材料在侧限压缩条件下的应力应变曲线,获得了材料变形过程信息。基于Poyting-Thomson模型,引入损伤变量,构建出可描述超高水充填材料应力应变关系的M|D|H理论模型,并给出了理论模型的解析解,对试验全过程曲线进行辨识,确定了模型中的相关参数,实现了对超高水充填材料变形过程的理论描述。结果表明:改进的Poyting-Thomson模型(M|D|H模型)理论值与试验结果吻合较好,能够有效描述侧限压缩条件下超高水充填材料从弹性变形到应变软化再到应变硬化的整体变形特征。     

某金矿氟石膏基新型膏体充填材料配比试验研究

基于目前水泥胶凝材料价格大幅上调导致膏体充填成本高昂的实际境况,为降低充填成本,以工业废弃氟石膏为主要研究对象进行相关研究。利用氟石膏代替水泥,结合废石、粉煤灰、生石灰等掺加料,并辅以一定量的添加剂,开展氟石膏基新型膏体充填材料配比试验研究。通过坍落度、扩展度等试验确定材料的最优配比,并对膏体进行单、三轴及SEM试验,分析其宏微观结构。研究结果表明：质量浓度增大0min至120min,坍落度、扩展度损失率随之增大,泌水率却逐渐减小;最优配比所制成氟石膏基膏体的单轴压缩应力—应变曲线属于弹塑性曲线,最高可达6~7MPa;单轴与三轴压缩试验后,膏体表面未出现大的破裂面,且随围压的增加,应力—应变曲线不再出现峰值应力;所制充填材料的水化物主要包括钙矾石（AFt）、水化硅酸钙凝胶（C-S-H凝胶）和二水硫酸钙（CaSO4?2H2O）。氟石膏基新型膏体充填材料的配制具有深远的影响,为实现高效安全、绿色可持续的矿山开采提供了保障。     

矸石膏体充填体控制地表沉陷力学性能试验研究

针对膏体充填体在煤矿采空区特殊环境下(高温、高湿、高应力、高密闭)所表现出的力学特性, 运用现场取芯、室内试验等方法开展了矸石膏体充填体力学性能研究, 揭示了充填膏体力学特性(抗拉强度、单轴压缩强度、弹性模量、泊松比)随时间的变化规律, 并运用最小二乘法建立了各力学参数与时间的回归方程。结果表明, 采空区特定的环境条件有助于充填体内部各化学物质的充分反应, 使充填体胶凝性增强, 且充填膏体在承载时抗变形能力强, 能够很好控制地表沉陷。     

不同含水率膏体充填材料的单轴压缩试验研究

随着我国矿产资源需求的持续攀升和绿色矿山建设的提速,膏体充填技术展现出广阔的应用前景。然而,关于膏体充填材料在不同含水状态下力学行为的研究较少。为研究不同含水率对低水泥含量膏体充填材料单轴压缩力学行为的影响,以全尾砂、水泥和水为材料制备了3%和5%两种水泥含量的充填体试件(水泥含量3%、5%为水泥质量占尾砂质量的百分比),使用RPH-80型可控式恒温恒湿试验箱将试件分组改造成含水率分别为0、13%、25%和36%的充填体试件后,使用TAW-200多功能力学试验机进行恒定位移加载的单轴压缩试验。试验结果表明：随着含水率的升高,充填体的强度下降,且下降速度逐渐加快,使用二次多项式可以较好地拟合单轴抗压强度和含水率之间的关系,2种水泥含量试件的单轴抗压强度的下降趋势与速度较为相似,且5%水泥含量膏体充填体的抗压强度在不同含水率下始终高于3%水泥含量充填体。另一方面,随着含水率的升高,充填体弹性模量降低,峰值应变点先升高后降低。通过充填体非线性指数衡量不同含水率下膏体充填材料应力-应变曲线的非线性程度,发现2种水泥含量下的充填体均在含水率为25%时表现出较高的非线性,利用好充填材料非线性的特点...     

含水粉煤灰泡沫混凝土力学性能退化试验研究

采用普通硅酸盐水泥、发泡剂、粉煤灰及外加剂制备采空区充填材料,通过室内试验研究不同含水率影响下充填体强度特性、蠕变特性、应力应变特性和变形特性退化规律。结果表明：自由水对充填体性能退化影响明显。具体表现为：随着含水率的增加,充填体抗压强度和抗剪强度递减,初期递减幅度较大,后期较小;充填体强度峰值、峰后残余强度及延性随着含水率增加而递减;随着含水率的增加,充填体弹性模量降低幅度较大,泊松比变化幅度较小,其他变形参数如剪切模量,体弹性模量均减小,充填体在水弱化情况下会进一步产生压缩,抗变形能力退化显著。     

矸石充填材料承载压缩变形时效性试验研究

掌握矸石充填材料承载压缩变形时效性是矸石充填开采顶板变形、岩层移动与地表沉陷预计的重要基础。基于矸石充填材料在采空区的受力状态,分析了矸石充填材料承载压缩变形特征,借助自制的散体充填材料双向加载试验系统,采用分级加载方式测试了矸石充填材料承载压缩特性,得到了矸石充填材料在承载过程中的瞬时与蠕变压缩变形规律。研究结果表明:1)矸石充填材料本身的强度越高,其瞬时与蠕变压缩应变越小;2)随着轴向应力增加,矸石充填材料瞬时压缩应变占总应变的比例逐渐减小,而蠕变压缩应变占总应变的比例逐渐增大;3)随着蠕变时间增加,矸石充填材料瞬时压缩应变占总应变的比例逐渐减小,而蠕变压缩应变占总应变的比例逐渐增大。     

数字图像测量技术在膏体材料变形试验中的应用

为了改善膏体材料压缩性能试验传统变形测量方法的弊端,基于变形性能试验在预测膏体充填材料密实性和强度控制地基沉陷程度上的重要性,提出了一种研究膏体充填材料单轴抗压强度和变形性能的数字图像测量技术,利用数字图像原理测量膏体试件在压缩过程中的变形参数,主要包括图像的采集、灰度化、二值化、边缘识别及轮廓提取等,目的在于不扰动试件和变形,保证实验精度的前提下,实现对膏体试件横、纵向变形的同步直接测量,同时研究了该项技术中存在的问题及误差修正方法,并对测量精度进行了分析,最后通过实例证明了该技术的可行性与正确性。     

膏体充填开采条带煤柱充填体稳定性监测研究

为克服采用岩移观测的方式评价充填效果周期长、费用高、劳动量大等缺点,采用自主研发的采空区充填膏体在线监测系统对膏体充填体压缩量、受力情况和材料水化程度进行监测,利用其监测结果对充填效果进行评价.结果表明:膏体充填体最大压缩量为104.3 mm,压缩率约为3.85％,膏体骨料级配合理;膏体充填体最大应力为5.1 MPa,上覆岩层的弯曲变形较小;膏体充填体的水化温度最高达到54℃,水化反应第2d最为强烈,膏体充填体早期强度上升较快,并在提高充填工作面效益同时,膏体充填体也能较好地控制上覆岩层运动.     

废石-尾砂胶结膏体料浆的压力泌水效应及管输边界层厚度估算

为探究充填膏体料浆在管道输送过程中的压力泌水效应及边界层效应,对某矿废石尾砂充填膏体拌合物进行侧限压缩试验及压力泌水试验。结果表明：废石尾砂充填膏体拌合物的初始空隙率,体积浓度,所受压力及压力作用时间对压力泌水率影响巨大;根据充填料的e-p曲线的变形规律,提出了充填膏体料浆压力泌水率的计算模型,定义了影响充填膏体拌合物压力泌水效应的材料参数A和应力参数n,将级配因素引入到压泌水率计算模型中,分析了应力参数随着应力和初始空隙率的演化规律,认为应力参数是一个关于压应力和初始空隙率的多项式函数,函数的阶数越高,精度越高;认为膏体管输边界层厚度不是一成不变的,并建立基于压力泌水效应的膏体管输边界层估算方法。     

特厚煤层矸石充填控制岩层变形特性研究

为研究特厚煤层在矸石充填下岩层变形特性，以某矿矸石为充填材料，采用侧限压缩试验研究其在压应力下的变形特征，并采用FLAC^3D建立数值模型，将侧限压缩试验中压实8 MPa的矸石的弹性模量应用至数值模型中，对比分析充填和未充填两种开采模式下的岩层的受力及变形。研究结果表明，矸石充填体变形特征表现为随着载荷的持续增加应变量逐渐增加，且两者呈现对数函数关系，应变量前期变化明显，后期逐渐减小；矸石充填开采后，对比未充填时岩层的位移量明显减小，且应力在岩层中分布更加均匀。试验和模拟结果均表明，矸石的压密致使充填体的变形趋于稳定，从而可以承担上部压力。     

全尾砂胶结充填体弹塑性本构模型实验研究

针对4种灰砂比、5种料浆浓度的全尾砂胶结充填体进行了单轴压缩实验,得出了其在单轴压缩条 件下的物理力学特性。根据充填体单轴抗压强度分别选取灰砂比1∶6、1∶8,料浆浓度65%、70%的充填试块进行了4组不同围压下的三轴压缩实验,得到了 充填体全应力-应变曲线及其物理力学参数。根据实验结果建立了充填体线弹-弹塑-塑性软化-理 想塑性的本构模型,将充填体峰后应变软化阶段分为2种情况：在围压较小时,表现出明显应变 软化,应力脆性跌落;在围压较高时,应变软化不明显,峰后直接进入塑性流动状态,残余强度 与峰值强度差值减小。研究结果为充填体强度设计提供了理论依据。     

似膏体材料巷式充填地表减沉试验分析

为解决膏体材料流动性差等缺点,通过不同比例的矿粉和生石灰配比试验,研发高性能粉煤灰似膏体充填材料,并在工业性试验前通过相似模拟展开似膏体充填的地表减沉效果分析。结果表明,材料矿粉的比例为5%~10%,生石灰的质量比例为15%~10%;似膏体充填后工作面上覆岩层变形量较小,地表建筑在Ⅰ级损害范围内。     

含硫尾矿砂膏体充填材料力学特性试验研究

用单轴抗压强度试验与单轴蠕变试验对3种含硫尾矿砂充填材料进行了测试。结果表明,以尾矿砂、粉煤灰、水泥为主要原料,按照设计配比制备的膏体充填材料满足采空区回填工作与力学性能要求;3种含硫量试件的单轴抗压强度均随养护龄期的增大而增大,但后期增幅均有所减小;含硫量为10%时的试件单轴抗压强度值最大,含硫量为25%时最小;载荷不变时试件的轴向应变随加载时间的增长几乎不变,载荷增加时轴向应变均有突变,曲线呈非线性台阶状,具有典型的非线性特征。     

骨架式膏体充填采空区试验研究

结合观台矿的钻孔资料,对村庄下压煤进行了研究.采用相似材料模拟试验,对普通膏体充填与骨架式膏体充填的减沉效果进行对比,得出骨架式充填的减沉效果好于普通膏体充填.又通过计算机数值模拟,对全部垮落法、普通膏体充填和骨架式膏体充填处理采空区后引起的地表变形进行预测,得出对采空区进行充填能大幅度减少地表沉陷,采用骨架式膏体充填可以实现村庄下压煤开采后不破坏地表建筑物的目的.