煤礦矸石壓實力學特性及其在充填采煤中的應用.pdf

1、綜合機械化固體充填采煤是近年來發(fā)展起來的新的采煤方法,它將煤矸石、粉煤灰、建筑垃圾等固體廢棄物密實充填至采空區(qū),實現(xiàn)了“三下”壓煤等難開采煤層的高效安全開采,同時,可有效減少或消除煤炭開采引起的地質(zhì)災害與環(huán)境污染等問題,是煤炭資源綠色開采的重要研究方向。充填材料(矸石、粉煤灰等)的壓實特性與充填采煤巖層移動規(guī)律研究是實施固體密實充填采煤技術的重要基礎。本文綜合采用理論分析、實驗測試、數(shù)值模擬和現(xiàn)場實測等方法,對煤礦矸石壓實的細觀機理、宏

2、觀規(guī)律、固體充填采煤巖層移動理論等方面進行了系統(tǒng)的研究,取得了如下主要創(chuàng)新性成果:
　　(1)基于煤礦矸石壓實力學特性試驗,研究了側限壓實條件下煤礦矸石粒徑級配的分形特征,得到了不同巖性、初始粒徑級配的試樣在不同壓實應力水平下的分形維數(shù);結合顆粒破碎的分形特征,從能量角度建立了壓實過程中試樣的宏觀變形與顆粒破碎特征的關系。
　　(2)研制開發(fā)了隨機碎石幾何模型生成程序RGM,程序可生成形狀隨機且滿足指定粒徑級配要求的破碎矸石

3、幾何模型。通過將RGM生成的隨機碎石幾何模型模導入顆粒流軟件PFC3d,建立了不規(guī)則顆粒形狀的破碎矸石壓實數(shù)值模型,實現(xiàn)了 PFC3d數(shù)值模擬中細觀力學參數(shù)與宏觀實驗力學參數(shù)的有效轉(zhuǎn)換,并進行了壓實特性的數(shù)值試驗,得到了不同巖性試樣的顆粒破碎、壓實應變-應力關系和側壓系數(shù)K0在壓實過程中的變化規(guī)律。
　　(3)基于煤礦矸石的壓實特性及充填采煤覆巖移動特征,建立了固體充填采煤巖層移動的雙參數(shù) Winkler地基板模型,分析得到了工作