矸石充填材料侧压系数影响因素试验研究

破碎矸石在压缩过程中的侧压系数是固体充填沿空留巷工作面巷旁支护体设计的关键参数。然而以往研究中大多使用经验参数,与现场实际情况差别较大。基于此,本文在破碎矸石压缩试验的基础上,采用颗粒流数值模拟软件,通过三维扫描重构矸石颗粒并建立数值模型,确定破碎矸石颗粒流细观参数,并研究颗粒级配、加载速率对破碎矸石压实特性和侧压系数的影响规律。结果表明:破碎矸石压实过程可分为初始压密阶段、承载能力增长阶段和应力-应变线性阶段3个阶段;破碎矸石侧压系数随着压实的不同阶段不断增长,在应力-应变线性阶段趋于稳定,稳定值在0.35～0.40;加载速率增高,能够提高破碎矸石早期承载能力,同时降低早期侧压系数,但在应力-应变线性阶段加载速率对破碎矸石压实特性影响较小;矸石颗粒级配中粒径较高时,矸石轴向承载能力降低,同时侧压系数降低。研究成果可为充填开采无煤柱沿空留巷参数设计提供理论依据。     

压实过程中煤矸石颗粒流细观演化规律研究

研究煤矿矸石充填材料压实变形中的细观演化规律对提升固体充填效果有重要意义。本文采用颗粒流数值软件PFC2D,考虑压实过程中颗粒破碎,通过颗粒簇cluster单元构建煤矿矸石颗粒模型,分析在单轴侧限压缩条件下不同配比颗粒体系细观演化特征,研究颗粒力链分布、裂隙与细观特征之间的关系。结果表明:模拟模型的应力应变和破碎方式等方面与实验室试验结果有着良好的对应;分析模型颗粒内部力链分布和裂隙演化规律,发现多数力链集中在颗粒较大的颗粒单元附近,形成"骨架力链"现象,裂隙也主要产生在颗粒较大的颗粒单元周围,该现象导致大颗粒单元周围配位数个数与接触力大小较其他颗粒明显增加。