基于不同级配下的碎矸体压缩变形试验分析

煤矸石在粒度构成上是属于粗粒土范围的散体介质。为了获取碎矸体充填对煤柱的变形影响结果,将碎矸体筛选为单粒径矸石、不连续级配矸石和连续级配矸石3种,对不同级配矸石进行了轴压、侧压试验研究。试验结果表明:轴向压缩中,单粒径小于5 mm,不连续级配M5含量30%和连续级配n=0.4时的矸石压缩性能最好,压缩拟合曲线可用函数y=A_1×exp(x/t_1)+y_0描述;轴压与侧压的关系函数为y=Bx,且不连续级配矸石的侧压普遍较高,能更好地对煤柱产生侧向挤压;在压缩率与应力差分析中,三参数与M5的关系函数为y=B_0+B_1x+B_2x~2+B_3x~3,利用M5含量能确定不同级配矸石的应力应变。通过以上试验研究,为后期充填开采中碎矸体对煤柱的变形分析提供了理论支持。     

矸石充填压缩试验中侧压的测定方法

矸石充填采煤是一种全新的采煤技术,在巷式充填开采的过程中,矸石的膨胀作用对煤柱产生的侧向压力对煤柱的强度产生有利影响.文中对巷式充填开采中的侧压计算进行了推导,并进行了矸石充填开采的试验研究.对单粒径矸石和连续级配矸石充填试验的侧压曲线进行了分析,试验结果表明:与连续级配矸石相比,单粒径矸石的侧压曲线会出现波动的现象;...     

原生矸石连续级配压缩实验研究

 针对矸石压缩试验中存在的方法单一,理论欠缺的现状,本文以泰波理论为基础通过两套实验方案对原生矸石性质进行研究。根据实验时实时监测的应力—应变以及压缩变形数据得出：较小粒径的矸石在级配中占大比例时矸石压缩率小;根据泰波理论进行连续级配实验,得出当n值为0.3时为最优级配;符合泰波理论配比的矸石压缩率低于原生矸石的压缩率,在充填时能够很好的控制地表沉降,充填效果好。     

充填矸石粒径级配方案确定试验研究

根据某矿矸石充填要求,对破碎矸石散体进行了人为的粒度分级;通过对不同粒径级配的破碎矸石进行压缩试验,得出了矸石散体的压缩规律,确定了适合该矿矸石充填的粒径级配方案;试验研究认为:小粒径矸石含量占50%、中粒径矸石含量占30%和大粒径矸石含量占20%的粒径搭配方案较优,实际充填时可在此粒径搭配的基础上,适当提高小粒径矸石含量,减小大粒径矸石含量。     

充填矸石粒径级配方案确定试验研究

根据某矿矸石充填要求,对破碎矸石散体进行了人为的粒度分级;通过对不同粒径级配的破碎矸石进行压缩试验,得出了矸石散体的压缩规律,确定了适合该矿矸石充填的粒径级配方案;试验研究认为:小粒径矸石含量占50%、中粒径矸石含量占30%和大粒径矸石含量占20%的粒径搭配方案较优,实际充填时可在此粒径搭配的基础上,适当提高小粒径矸石含量,减小大粒径矸石含量。     

固体充填开采中的矸石粒径级配优化试验

针对原生矸石级配较差、在固体充填过程中压缩量大、充实率低等问题,采用理论计算、实验室试验和数值模拟等研究方法,对固体充填开采中矸石粒径级配优化进行了研究.通过分析应变随级配系数的变化规律,得到4种变形最小的级配组合.进一步分析压实破碎前后粒径变化规律和变形模量与应力之间的关系,得出级配组合为D=30 mm,n=0.3时...     

矸石充填材料压缩变形的试验研究

充填开采的减沉效果与充填材料的抗压缩性能密切相关,而抗压缩性能的好坏主要取决于充填材料的粒径级配。通过对7组级配方案进行压缩试验,结果表明,保持70～40 mm中粒径矸石含量不变,适当增加小粒径矸石含量,可以使充填矸石较快达到稳定压缩量。研究结果为矸石充填材料减沉效果评价及级配优化提供了理论依据。     

基于矸石固体最优粒径级配的充填开采等价采高研究

等价采高理论是分析充填开采岩层移动控制效果的重要方法。通过分析矸石固体充填开采等价采高各组成部分数值大小，得出降低矸石充填材料压缩率是减小等价采高的有效手段，而获取矸石最优粒径级配是关键。将粒径100 mm以下矸石分为五级(100～75 mm、75～50 mm、50～25 mm、25～13 mm和13～0 mm),基于连续级配理论-泰波理论，按照级配指数n=0.3～0.7设计了五组不同粒径级配方案，模拟400 m埋深覆岩应力条件下，采用内径380 mm钢制大容器装载高度为240 mm的矸石固体充填材料进行了压缩实验。结果表明：应变随轴向应力增长而增长，应变增加速率随轴向应力增长而减小，级配指数n=0.5方案应变最小。依据其应变-应力拟合关系式得到最小等价采高表达式，为分析矸石固体充填开采岩层移动控制效果提供了定量依据。     

不同粒径级配矸石充填材料压缩性能试验研究

矸石充填材料的粒径级配对其压缩性能有较大的影响。将粒径100mm以下矸石进行分级,按照中等粒径占比基本相同、大粒径占比逐渐增大、小粒径占比逐渐减小的原则设计了6组不同粒径级配方案,在模拟200m埋深覆岩压力条件下,采用内径405mm钢制大容器装载高度为250mm的矸石充填材料进行了压缩实验。结果表明矸石充填材料压缩过程可分为初步压实、破裂压密和整体稳定压实3个阶段,压缩量随轴向压力增加呈幂指函数关系增长,压缩量增加速率随轴向压力增加而减小,相同压力下压缩量随试样中小粒径占比减小而增加。得出了本实验条件下矸石充填材料压缩量(S)与小粒径占比(p)的关系式:S=111.57-0.70p。     

矸石充填材料应力应变特征实验研究

为掌握矸石充填材料应力应变特征,选取云冈煤矿3组粒径80 mm以下原生矸石试样,同时设计6组不同粒径级配的矸石试样,加工大直径加载容器,采用TAW-3000型电液伺服控制材料试验系统进行了压缩实验。结果表明:矸石压缩过程可分为应变快速增长、非线性增长和缓慢增长3个阶段;应变主要由矸石块体的移动、破碎而导致块体之间空隙被填充引起,而并非矸石本身变形所致;相同轴向应力下,应变随试样中的小粒径矸石占比增加而减小,随大粒径矸石占比增加逐渐增大;原生组矸石试样应变处于设计级配组的中间范围。实验得到矸石试样应变与小粒径矸石占比的关系式,可为矸石充填开采设计研究提供参考。     

煤矸石骨料钢筋混凝土柱的抗震性能试验研究

为探讨煤矸石骨料钢筋混凝土应用于建筑结构的可行性，对煤矸石骨料钢筋混凝土柱的抗震性能进行了基础实验研究，试验结果表明：① 在反复荷载作用下，柱结构轴压比较小时的破坏形态为弯曲破坏，破坏过程较为缓慢，延性较好，而轴压比较大时的破坏形态为弯曲剪切破坏，破坏过程迅速，延性较差；② 在反复荷载作用下，柱结构的箍筋不易屈服，而柱两端的架立筋很容易屈服；③ 柱结构轴压比较小时，其滞回曲线呈丰满的梭形，所经受的循环荷载次数较多，抗震性能较强；随着轴压比的增加，滞回曲线包含的面积越来越小，承载力下降明显，耗能能力减弱，抗震性能较差，说明构件轴压比越大，越容易发生破坏。以上表明，煤矸石骨料钢筋混凝土应用在建筑结构上是完全可行的。     

基于CT三维重构的深部煤体损伤演化规律

为研究不同应力条件下深部煤体损伤演化规律及破坏机理,以平煤十二矿己15-17220工作面的深部煤体为研究对象,进行了单轴压缩的实时CT扫描实验,结合细观统计损伤力学,提出了一种基于CT图像灰度值定义损伤变量的方法,定量分析了煤样单轴压缩过程中损伤演化规律。通过CT扫描实验、压汞实验和室内基本力学实验,建立了能够反映固体基质分布的深部非均质煤样的三维数值几何模型,进行了合理的网格划分,确定了不同材料组分的本构模型及其物理力学参数,在位移控制加载条件下开展了煤样单轴压缩的数值模拟,定性研究了煤样单轴压缩过程中的损伤演化规律及破坏机理。进一步,在单轴压缩数值模拟基础上,通过对煤样施加不同的环向应力,进行了5种不同围压条件下煤样三轴压缩的数值模拟,从应力-应变曲线形态、煤样破裂形态及破裂角大小等方面定性分析了三轴压缩条件下深部煤体损伤演化规律。结果表明:单轴压缩数值模拟的应力-应变曲线及损伤演化特征与CT实时扫描实验得到的结果具有较好的一致性。随着轴向应力的逐渐增加,煤样损伤依次经历了零损伤阶段、局部损伤产生阶段、损伤线性和非线性稳定增长阶段和损伤加速增长致使完全破坏阶段。试件最终破坏时其最大剪切应变率区域及塑性区都近似平行或垂直于煤基质和煤杂质的交界面,且损伤发生的两个主破坏面相互垂直。单轴压缩的整个过程煤样主要发生拉伸破坏,屈服应力后由于煤样的不均匀变形才发生剪切破坏。基于CT重构的煤样三轴压缩的数值模拟得到的损伤演化特征和经典的岩石损伤演化的6个阶段能够很好的吻合,煤样主要发生剪切破坏;随着围压的增大,峰值强度、扩容点应力和残余强度均逐渐增大,破裂角逐渐减小,破裂角与围压之间近似呈负线性相关。在数值模拟的网格划分、几何模型建立、材料参数和本构模型的选取以及应力应变的计算方法等方面做出了优化,取得了较好的数值模拟效果,能够消除实验样品差异性带来的影响,且能够直观准确地定性描述单轴和三轴压缩过程中的损伤演化规律。     

岩石强度对于组合试样力学行为及声发射特性的影响

为研究岩石强度对煤、岩体整体失稳的影响,测试并研究了不同组合煤岩试样单轴压缩过程的破裂形式、应力应变特性、试样强度、声发射特性等规律,分析了岩石强度对于组合试样力学行为的影响。结果表明:组合试样应力-应变曲线位于煤体和岩石之间,更加靠近煤体;随着岩石强度的升高,组合试样从屈服到达峰值的速度越来越快;煤体相同条件下,岩石的强度较低时,组合试样裂纹会向岩石内扩展,同时岩石发生拉伸破坏,岩石强度较大时,破裂主要发生在煤体内;组合煤岩试样屈服点和峰值的应力比值相差不大,屈服点和峰值的应变比值随岩石强度的升高不断升高,两者比值和岩石强度呈线性关系;组合试样峰值应力处声发射信号能量值和脉冲值随岩石强度的增加呈线性升高。     

综放开采顶煤放出散体介质流理论的试验研究

通过模拟试验，系统地研究了综放开采顶煤移动与放出规律、煤岩分界线形状，不同采放比、不同放煤步距、不同煤岩粒径比条件下的顶煤采出率与含矸率等，在理论上提出了顶煤采出率的预测方法．放煤的煤岩分界线为二次曲线，运用放煤前后分界线所围成的煤量减去放煤工艺损失量可预测放出煤量，采放比为1：2、“二刀一放”时，放煤效果较好．     

深井沿空巷道合理位置确定及围岩控制技术

针对深井高地应力矿井煤柱应力大、巷道围岩变形严重及煤柱宽度大造成资源浪费等特点,以麦地掌煤业21214工作面为研究背景,通过地应力测试、钻孔应力测试了解工作面侧向应力峰值位置及大小。通过现场实测及分析得侧向应力峰值约为43MPa,且位于距巷帮约17m处。并运用理论计算、数值模拟,研究沿空掘巷围岩在掘采期间的变形破坏特征、合理窄煤柱尺寸的确定及沿空巷道的围岩控制。结果表明：煤柱宽度为6.5m时巷道围岩稳定性较好,掘进初期,围岩变形量及变形速率较大,后逐渐减小,掘进影响期为15天,回采期间由于小煤柱侧的支护强度大于工作面侧,小煤柱侧的变形量小于工作面侧的变形量,最大变形量分别为110mm和248mm,均在可控的范围内。     

厚硬冲击煤层宽煤柱诱发冲击地压机理及防治

针对呼吉尔特矿区厚硬冲击煤层宽煤柱诱发冲击地压现象,通过现场实测和数值模拟,分析了宽煤柱垂直应力分布特征,通过理论分析,揭示了宽煤柱发生冲击的结构条件;基于冲击地压"三因素"机理,研究了宽煤柱诱发冲击地压机理:在侧向支承压力和工作面采动应力叠加影响下,具有冲击倾向性的宽煤柱应力高度集中,当其达到极限强度发生卸载时,由于煤柱体刚度与顶板岩层刚度相近,造成煤体运动速率很大,呈现冲击地压显现。在此基础上,提出了小煤柱护巷和断顶爆破等措施降低煤柱应力、采用大直径钻孔卸压和煤层注水等措施改变煤体刚度的防治策略,针对311103工作面提出了采取断顶爆破和大直径钻孔的组合防治方法,宽煤柱应力集中程度出现明显降低,防治效果较为显著。     

Pressure-relief effect of coal rock body of long distance lower protective seam mined based on FLAC<Superscript>3D</Superscript>

According to the specific geological condition, analyzed the stress distribution of the overlying strata, the displacement of pressure released seam, thickness variation and the distribution of plastic zones by FLAC^3D software to simulate mining of the long-distance lower protective seam. The research results show that the distribution of vertical stress appears as a “Double-hump” within the pressure-relief range of the protected coal seam and the swelling deformation curve of coal bodies takes an “M” shape. The swelling is divided into initial swelling, swelling increase and swelling compression stability. The maximum swelling ratio of the pressure released seam is 1.84%, protection angle of the lower protective coal seam along the strike direction is about 55°, protection angle below the dip direction is about 50°, protection angle above the dip direction is about 55°, and the coal seam compression zone resembles a “U” shape.     

考虑瓦斯压力的煤体三轴抗压强度研究

从煤体强度的角度来分析含瓦斯煤岩的破坏行为,通过实验分析了考虑瓦斯压力的含瓦斯煤岩的抗压强度。研究表明:在三向应力状态下,煤样的破坏形态受侧压的影响;煤样的残余变形与试验的侧压及本身的强度有关,煤样的强度越大,残余变形就越小;在试验侧压的范围内,煤样的弹性模量随侧压的增大而增大。与单轴压缩相比,含瓦斯煤的抗压强度和弹性模量都有所降低。原因在于:煤样制备的时候较为松散及瓦斯压力的影响。煤的强度受其中瓦斯气体的影响较大,煤体吸附瓦斯后体积膨胀强度降低,而煤体释放瓦斯后强度增加。     

煤块受载破碎过程中的细观力学特性演变研究

利用电子万能试验机对4种典型煤种的煤块进行单轴压缩破碎实验,并用高速摄像仪记录破碎过程中煤块表面结构演化的图像,对破碎特性和细观力学特性演变开展研究。结果表明,单轴应力载荷下煤块呈现出以沿纵向主裂隙劈裂破坏为主的组合破坏形式。同煤种煤块的力学特性呈现出较明显的各向异性,这是由于煤块内部孔隙、裂隙等缺陷分布的不均匀性;不同煤种之间表现出整体差异性,受煤种组分、孔隙结构、孔径分布、变质程度等内在因素影响。微米级孔隙的孔径大小、含量与破碎过程力学特性有明显关联。孔隙率越大,孔径越大,孔隙含量越高,弹性模量与抗压强度越低。应力-应变曲线的压密段长短受样品孔隙率及煤层堆积方向与受载方向的影响。应力-应变曲线的峰值波动现象主要由其内部孔隙并合所造成。     

不同应力路径下含瓦斯煤渗透特性的实验研究

通过对含瓦斯煤渗透特性的实验研究,系统分析了不同应力路径下含瓦斯煤的渗透率变化规律,建立了含瓦斯煤渗透率与轴向压力、围压及瓦斯压力等之间的定性与定量关系,探讨了不同应力路径下含瓦斯煤渗透性的控制机制和变化规律。结果表明应力路径对含瓦斯煤的渗透率有着重要影响:1)含瓦斯煤渗透率随着轴向压力和围压的增加而减小,随瓦斯压力的增加而增加。2)含瓦斯煤渗透率与轴向压力、围压和瓦斯压力呈指数关系变化。3)三轴压缩下全应力-应变实验过程中,含瓦斯煤的渗透率呈"V"字型走势;渗透率随煤样的应变先减小后增大,然后达到最大值,而且渗透率的增加速率小于其减小速率。