煤礦矸石壓實(shí)力學(xué)特性及其在充填采煤中的應(yīng)用.pdf

1、綜合機(jī)械化固體充填采煤是近年來(lái)發(fā)展起來(lái)的新的采煤方法,它將煤矸石、粉煤灰、建筑垃圾等固體廢棄物密實(shí)充填至采空區(qū),實(shí)現(xiàn)了“三下”壓煤等難開(kāi)采煤層的高效安全開(kāi)采,同時(shí),可有效減少或消除煤炭開(kāi)采引起的地質(zhì)災(zāi)害與環(huán)境污染等問(wèn)題,是煤炭資源綠色開(kāi)采的重要研究方向。充填材料(矸石、粉煤灰等)的壓實(shí)特性與充填采煤巖層移動(dòng)規(guī)律研究是實(shí)施固體密實(shí)充填采煤技術(shù)的重要基礎(chǔ)。本文綜合采用理論分析、實(shí)驗(yàn)測(cè)試、數(shù)值模擬和現(xiàn)場(chǎng)實(shí)測(cè)等方法,對(duì)煤礦矸石壓實(shí)的細(xì)觀機(jī)理、宏

2、觀規(guī)律、固體充填采煤巖層移動(dòng)理論等方面進(jìn)行了系統(tǒng)的研究,取得了如下主要?jiǎng)?chuàng)新性成果:
　　(1)基于煤礦矸石壓實(shí)力學(xué)特性試驗(yàn),研究了側(cè)限壓實(shí)條件下煤礦矸石粒徑級(jí)配的分形特征,得到了不同巖性、初始粒徑級(jí)配的試樣在不同壓實(shí)應(yīng)力水平下的分形維數(shù);結(jié)合顆粒破碎的分形特征,從能量角度建立了壓實(shí)過(guò)程中試樣的宏觀變形與顆粒破碎特征的關(guān)系。
　　(2)研制開(kāi)發(fā)了隨機(jī)碎石幾何模型生成程序RGM,程序可生成形狀隨機(jī)且滿(mǎn)足指定粒徑級(jí)配要求的破碎矸石

3、幾何模型。通過(guò)將RGM生成的隨機(jī)碎石幾何模型模導(dǎo)入顆粒流軟件PFC3d,建立了不規(guī)則顆粒形狀的破碎矸石壓實(shí)數(shù)值模型,實(shí)現(xiàn)了 PFC3d數(shù)值模擬中細(xì)觀力學(xué)參數(shù)與宏觀實(shí)驗(yàn)力學(xué)參數(shù)的有效轉(zhuǎn)換,并進(jìn)行了壓實(shí)特性的數(shù)值試驗(yàn),得到了不同巖性試樣的顆粒破碎、壓實(shí)應(yīng)變-應(yīng)力關(guān)系和側(cè)壓系數(shù)K0在壓實(shí)過(guò)程中的變化規(guī)律。
　　(3)基于煤礦矸石的壓實(shí)特性及充填采煤覆巖移動(dòng)特征,建立了固體充填采煤巖層移動(dòng)的雙參數(shù) Winkler地基板模型,分析得到了工作