膏体充填开采胶结体的蠕变本构模型

为分析膏体充填开采胶结体的蠕变特性,进行了三轴蠕变试验。在试验基础上推导了考虑时间和应力2个变量的损伤演化方程,将损伤变量引入改进的西原模型中,建立了新的本构模型,推导了胶结体的三维蠕变本构方程。根据试验数据对该模型的蠕变参数进行拟合,将理论计算的蠕变曲线与试验得到的蠕变曲线进行了对比。研究结果表明：膏体充填开采胶结体属于黏弹塑性材料,具有明显的流变特性。在偏差应力值较小的应力水平下仅有衰减蠕变和稳态蠕变2个蠕变过程,在偏差应力较大时有加速蠕变阶段,蠕变值随偏差应力值的增加而增加,蠕变值增大速率随偏差应力值的增加而减弱。引入损伤的改进西原模型能较好地反映胶结体的蠕变规律。     

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。     

尾砂胶结充填体蠕变试验及统计损伤模型研究

为研究充填体蠕变力学特征,采用RLW-3000微机控制剪切蠕变试验机进行分级加载条件下的单轴压缩蠕变试验。试验结果表明：荷载越高充填体变形越快,充填体内部缺陷及弱面的压密与扩展在宏观上表现为充填体蠕变变形。假定充填体微元破坏概率与轴向应变存在关系,服从Weibull统计分布,结合充填体单轴抗压试验,确定了可以描述充填体损伤演化过程的损伤变量。将损伤变量引入Burgers模型中,建立了充填体蠕变统计损伤本构模型,采用MATLAB软件对充填体分级加载蠕变试验数据进行拟合,确定模型参数,结果表明：所建立的模型曲线与试验曲线较为吻合,应力水平越高,拟合结果精度越高,此模型可用于描述充填体蠕变力学行为。     

全尾砂胶结充填体蠕变损伤破坏规律研究

以龙湾铁矿全尾砂为原材料,采用325#硅酸盐水泥为胶结材料制作全尾砂胶结充填体,设计出灰砂比为1∶6,1∶8,1∶10与料浆浓度为65%,70%,75%的9种全尾砂充填体试块进行单轴强度测试,确定出最优灰砂比与料浆浓度,对其进行不同百分比荷载下单轴蠕变试验。全尾砂胶结充填体抗压破坏试验结果显示充填体的破坏经历了4个阶段,分别为微裂隙闭合阶段、线弹性阶段、微裂纹扩展阶段及裂纹贯通破坏阶段。充填体蠕变试验结果表明:充填体具有显著的蠕变行为,包括瞬时变形、衰减蠕变阶段、等速蠕变阶段和加速蠕变阶段。     

膏体充填技术研究

淄博矿业集团许厂煤矿建筑物下压煤问题十分严重,为提高建下煤炭资源采出率,采用膏体充填的方法进行开采。对膏体材料所需矸石进行粒度分析,并通过流动性试验和泌水率试验确定各项材料的配比。该文简单介绍了充填系统。     

充填膏体长期稳定性研究

针对目前膏体充填技术在控制地表沉陷中难以保持充填膏体长期稳定性的问题,现以岱庄矿煤炭膏体充填为研究背景,采取现场取芯和室内试验的方法,研究了充填膏体与该矿3煤的力学特性,并进行了对比分析,在此基础上运用理论分析研究了充填膏体长期稳定性。研究结果表明,充填膏体与煤的原位强度分别是为4.06 MPa和3.39 MPa,两者相差不大,充填膏体可置换出条带开采遗留的煤柱;充填膏体弹性模量为409.70~1036.044MPa,平均为701.93 MPa,该值较大,有利于充填膏体保持长期稳定性;条带充填膏体的安全系数为5.8,远大于充填体稳定性安全系数2.0,可保证充填膏体长期稳定性。相关研究对评价充填效果和指导安全生产具有重要的意义。     

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.     

膏体充填系统初步

八十年代初膏体充填首先在德国格隆德矿应用，目前采用膏体充填的矿山还不多，但北美正在建设几套膏体充填系统，几年后将投入运行。膏体充填技术可利用传统的水砂充填中不能利用的尾砂的细粒级部份，在矿山进行改造时，这项技术更具吸引力。膏体是由水和细小固体颗粒混合组成的高稠度混合物，其含水率为10～25％，用美国材料试验协会的坍落度测定的稠度为稍大于0至305mm。当膏体停止搅动或在管道内静止时，其不同尺寸的颗粒不产生离析和沉淀。水泥可以是膏体的一部分，在不使膏体管道输送性能产生很大变化的条件下，也可加入较大颗粒尺寸的…     

煤矿膏体充填简论

所谓膏体充填,即把物料(粉煤灰、胶结料、河砂和水)制作成不需脱水和如同牙膏状的浆体,通过泵压或重力作用,经过管道输送到井下,适时填充采空区的方法。     

神经网络在膏体充填质量模型中的应用

煤矿膏体充填质量受多因素影响,且具有非线性特性,用数理统计的方法直接建立充填质量模型很困难。为了减少试验次数、降低试验费用,通过神经网络建立的膏体材料充填质量模型明显优于传统的回归分析法,利用膏体充填材料塌落度与主要影响因素浓度、胶结料用量、细集料用量的关系模型,可以有效预测膏体充填材料的塌落度。     

国外膏体充填基础理论研究综述

膏体充填是将尾砂、胶结剂和水进行优化组合,配制成的牙膏状胶结体,通过管道以柱塞流的形态输送到充填采场。膏体充填与以往浆体充填相比有很多技术优势,如早期强度大有利于缩短充填时间,充填所需水泥用量少降低采矿成本等等,受到了世界各地现代矿山企业的青睐。本文基于对膏体充填技术发展史的回顾,总结了过去30年内世界各地对膏体充填技术研究的新进展,得出以下结论:膏体的充填材料成分及粒度分布对膏体的流动性能及力学性能有显著影响,膏体的配料中-20μm颗粒的含量必须大于15%;膏体属于结构流体,具有较高的屈服应力和黏度,管道输送速度小于1m/s,明确膏体的流动特性和如何降低屈服应力是其输送系统的关键;采场中充填后内部应力变化复杂,产生拱效应,由于拱效应的影响使充填强度大幅升高,在充填设计中需考虑拱效应以降低充填成本。     

膏体充填综采工艺系统研究

以解决某矿村庄压煤开采问题为目的,研究长壁膏体条带充填开采技术在该矿的应用问题,主要从充填物料的合理配比以及充填工艺等方面进行分析。具体的研究成果分述如下:最佳的膏体充填材料配比方案为:水泥掺量190kg/m~3、细矸率30%、减水剂0.5%;构建了该矿的充填工艺系统和充填开采工艺并成功应用,取得了良好的的经济效益与社会效益。     

某白钨矿膏体充填工艺研究

某白钨矿采用阶段空场嗣后充填采矿法,为了保证充填质量,对全尾砂膏体充填工艺进行了研究,分析了充填材料的物理特性,并根据矿山年生产能力计算得到所需的充填能力,以此为依据,对充填工艺流程、充填系统构成等进行了详细设计.该膏体充填系统具有工艺成熟、系统可靠性高、充填质量有保障等优点,为矿山充填建设提供了可靠的技术支撑.     

考虑应力水平和损伤的胶结充填体蠕变特性及本构模型

充填采矿法中胶结充填体处于长期荷载环境,其蠕变特性会对矿山安全开采产生重要影加载系统和DS2系列全信息声发射监测系统,进行了单轴压缩、分级蠕变和声发射监测试验,获取了胶结充填体蠕变变形及振铃计数、能量和振幅等声发射特征参数。根据试验结果,探讨了不同应力水平下胶结充填体蠕变变形特征和声发射特征;对比单轴压缩试验,从宏细观角度揭示了胶结充填体蠕变破坏特征;考虑应力水平和损伤的影响,引入损伤变量、新的二次黏性元件和开关元件,构建了能表征不同应力水平下胶结充填体蠕变变形规律的改进Burgers模型,并通过试验结果进行验证。研究结果表明:(1)不同应力水平下,胶结充填体的蠕变3阶段变形特征差异显著,据此将荷载应力大小分为减速、等速和加速3类应力水平;(2)不同应力水平下,胶结充填体声发射特征与各阶段蠕变变形特征变化规律较一致:减速蠕变阶段内,声发射事件较活跃;稳定蠕变阶段内,声发射活动较少;加速蠕变阶段内,声发射事件最活跃;(3)对比单轴压缩破坏,胶结充填体蠕变破坏程度较为平缓,主裂纹沿扩展方向发生明显偏转,完整性较好,以结构性失稳破坏为主;(4)构建的改进Burgers蠕变模型能与各应力水平试...     

膏体充填材料在残采巷道支护中的蠕变特性分析

针对残采区大巷过采空区时,破碎围岩变形强烈的支护难题,提出充填膏体+锚网索+工字钢棚联合支护技术,并通过理论分析、物理实验与数值模拟相结合,研究论证膏体材料合理配比及受长时蠕变影响后支护系统的稳定性。研究表明:当膏体材料水泥∶粉煤灰∶矸石为2∶5∶5时,巷道顶锚杆最大轴力为109.8kN小于其破断力153.9kN,支护系统能够有效抑制围岩流变破坏;巷旁膏体充填体经过二次蠕变,巷道位移曲线可分为:Ⅰ耦合蠕变区,Ⅱ阻尼蠕变区,Ⅲ定长蠕变区,相应的锚杆受力曲线可分为:Ⅰ耦合增阻区,Ⅱ急增阻区,Ⅲ恒阻区。     

煤矿似膏体充填体的性能研究

通过实验研究了煤矿似膏体充填体的强度、容许比压、压缩率等物理力学性能。结果表明：在凝石含量为3%,料浆浓度为78%以上时,充填体固化12h达到的强度可满足自立要求;在凝石含量为3%,料浆浓度为80%时,固化28d的充填体,即达到避免支柱钻底的容许比压;充填体的压缩率远小于砂子、粉煤灰和矸石粉等的压缩率。     

窄条带膏体充填开采充填体强度确定

膏体充填体强度对膏体充填开采具有重要影响。以麻黄梁煤矿窄条带膏体充填为背景,通过理论分析得出充填体强度为5 MPa。利用FLAC~(3D)进行数值模拟,分析充填体受力状况及顶板下沉量,得出充填体强度为5 MPa较为合理。     

充填体分级加载蠕变试验及模型参数智能辨识

为研究充填体在荷载作用下的长时稳定性,对充填体进行单轴分级蠕变试验,研究其蠕变特性。由胶结充填体单轴分级蠕变曲线,采用陈氏数据处理方法绘出试块分别加载蠕变曲线,试验结果表明:充填体具有显著的蠕变行为包括瞬时变形、衰减蠕变阶段、等速蠕变阶段,受荷载及时间所限并未出现加速蠕变阶段;瞬时应变与荷载成线性函数关系、蠕变速率随时间增长而逐渐降低至定值,显示出充填体具有同岩石类似的蠕变特性。充填体的蠕变特性符合Burgers模型,采用具有多点寻优、全局最优解等优点的遗传算法对不同应力水平下的Burgers模型参数进行了智能辨识,结果表明,蠕变试验曲线与理论曲线吻合较好,Burgers可较好的描述胶结充填体的蠕变特性。     

膏体充填弹性地基梁模型分析及应用

基于弹性地基梁解析方法,考虑影响长壁充填开采地表沉陷的3个关键因素,建立该条件下的力学模型,推导直接顶岩梁挠曲微分方程。根据其解析解,分析了覆岩移动的各影响因素,充填区和煤体内支承压力分布、顶板剪力等矿压显现规律,并分析了直接顶挠曲和地表下沉的关系。结果表明：直接顶岩梁的最大下沉值在采煤工作面后方5~15 m,充填体弹性地基系数是影响下沉的最重要因素,充填区支承压力的分布也随该系数的不同而变化;控制直接顶挠曲和地表下沉的最有效途径为提高充填体弹性地基系数,同时减少充填体欠接顶量。小屯矿膏体充填工业试验表明,地表最大下沉实测值为380.3 mm,解析法预测值为401.8~591.2 mm,两者很接近。